Herstellung der Solarzellen - Silizium SiN ARC

Silizium SiN ARC

6.4.1 Herstellung der Solarzellen

Die Experimente wurden hauptsächlich an Solarzellenstrukturen durchgeführt, welche sich sehr stark an den in Kapitel 2.5.5 vorgestellten Basis-Hocheffizienzsolarzellen des Fraunhofer ISE orientieren. Aus diesem Grund werden hier lediglich die Unterschiede aufgeführt:

− Die Vorderseite der Solarzellen wurde nicht immer texturiert, sondern teilweise auch im glanzgeätzten Lieferzustand belassen, um wie bereits oben erwähnt die Optimierung und Charakterisierung des Prozesses leichter durchführen zu können.

− Als Emitter wurden verschiedene Profile verwendet. Die POCl3-Diffusionen im Rohrofen führten zu Schichtwiderständen zwischen 40 und 120 Ω/sq und waren teilweise unterschiedlich tief eingetrieben (indiziert durch „tief“ und „flach“). Dies kann durch einen veränderten Drive-In Prozess oder eine nachfolgende Oxidation erreicht werden.

− Auf der Vorderseite wurde hauptsächlich Siliziumnitrid anstelle von Siliziumoxid verwendet. Dies lässt sich besser ablatieren und ist darüber hinaus in der industriellen Fertigung aufgrund der finalen Modulintegration die bessere Antifreflexschicht. Die Verwendung von SiN statt SiO beeinflusst darüber hinaus durch den fehlenden Hochtemperaturschritt der Oxidation ebenfalls das verwendete Emitterprofil (siehe oben).

Ziel der Untersuchungen war es, die Qualität der Laserablation beurteilen und einen Vergleich mit den photolithographisch geöffneten Proben ziehen zu können. Die photolithographisch definierten und nasschemisch geätzten Öffnungen der Antireflexschicht stellen dabei das Ideal der schädigungsfreien Oberfläche dar. Um sich an diesem Ideal orientieren zu können, wurde die an die Laserablation anschließende Metallisierung mittels Lift-Off ebenfalls auf Basis der Photolithographie durchgeführt. Dazu wurde eine belichtete Lackmaske so auf der Probenoberfläche positioniert, dass die Öffnungen im Lack genau mit den laserablatierten Bereichen in Deckung kommen. Dies ermöglicht die parallele Bedampfung der Proben gleichzeitig mit den Referenzen und einen identischen Lift-Off Prozess des überschüssigen Metalls.

Problematisch bei diesem Vorgehen ist, dass die per Photolithographie-Maske definierten Gebiete genau in Deckung mit den laserablatierten Bereichen gebracht werden müssen. Bei Fingerbreiten im einstelligen Mikrometerbereich, wie sie für Hocheffizienzzellen verwendet werden, führt dies häufig zu Fehljustage. In Abbildung 6-20 sind zwei Beispiele dafür zu sehen. Während in Abbildung 6-20 rechts wenigstens noch ein Überlapp des geöffneten Bereichs mit der Metallisierung von ca. 50 % besteht, ist links überhaupt kein Kontakt vorhanden. Aus diesem Grund wurden die Finger in einer Breite von ~ 30 µm mit dem Laser ablatiert und auch eine 30 µm breite Lacköffnung mit der Photolithographie erzeugt, um auch bei ungenauem Alignment eine zumindest partielle Überlappung zu erzielen.

Abbildung 6-20: Mikroskopaufnahmen von planen Solarzellenvorderseiten mit laser-ablatierten Öffnungen der Antireflexschicht und dazu schlecht ausgerichteten Metallkontakten. Links ist überhaupt kein Überlapp vorhanden, rechts lediglich ~ 50 %.

Ein weiteres Justageproblem trat an den Ansatzpunkten von Busbar und Fingern des Vorderseiten-Kontaktgrids auf. Hier muss darauf geachtet werden, dass die Finger genau an den Busbar stoßen. Dabei sind zu kurze Finger deutlich weniger schädlich als zu lange. Im ersten Fall wird üblicherweise die entstehende Lücke beim anschließenden Metallisierungsprozess nach dem Lift-Off geschlossen und bleibt nur bei Haftungsproblemen des Metalls auf der dielektrischen Schicht bestehen. Wird die Metallisierung durch eine selektive Abscheidung durchgeführt, so ist das Auftreten der Lücken problematischer. In beiden Fällen können diese Fingerunterbrechungen dann zu einem erhöhten Serienwiderstand führen. Im entgegengesetzten Fall, d.h. bei zu langen Fingern, wird die überlappende Region zweimal mit dem Laser ablatiert, wodurch verstärkte Schädigung generiert wird. Die beiden Effekte sind in Abbildung 6-21 als Mikroskopbilder sowie als Messergebnis der Dunkel-Thermographie DLIT³⁴ dargestellt und führen zu einer geringeren Leerlaufspannung bzw. Füllfaktor und somit auch zu einem reduzierten Wirkungsgrad der laserablatierten Zellstrukturen.

Um einen entsprechenden Vergleich zwischen den laserablatierten Proben und denen mit photolithographisch geöffneten Bereichen zu ermöglichen ist es dabei natürlich notwendig, ansonsten den identischen Probenaufbau und Prozessfluss zu verwenden. Dies bedeutet vor allem, dass die photolithographische Öffnung der dielektrischen Schicht auf der Vorderseite nicht wie üblich mit Siliziumoxid, sondern Siliziumnitrid durchgeführt werden muss. Da sich SiN bei der Verwendung von Flusssäure nur mit deutlich niedrigeren Ätzraten als SiO entfernen lässt und die alternative Verwendung von heißer Phosphorsäure ebenso problematisch ist, generiert dies eine zusätzliche Anforderung an die maskierende Lackschicht, was anfangs weitere Probleme mit sich gebracht hat. Da sich mit PECVD abgeschiedenes Siliziumnitrid experimentell mit der verwendeten nasschemischen Ätzlösung besser als gesputtertes SiN entfernen ließ, wurde für die Experimente, soweit nicht anders erwähnt, ausschließlich diese Abscheidemethode verwendet.

Abbildung 6-21: Möglichkeiten des Misalignments. Bei zu kurzen Fingern (oben links) kann bei selektiver Metallisierung eine Unterbrechung und ein hoher Serienwider-stand entstehen. Problematischer sind zu lange Finger (oben rechts), welche zu einer doppelten Ablation der überlappenden Regionen und somit stärkerer Schädigung führen, was sich in einer DLIT-Aufnahme (rechts) deutlich als Kurzschluss zeigt. Die Einheiten sind hierbei nicht repräsentativ.

34 Abkürzung für „Dunkel Lock-In Thermographie“, ein Verfahren zur Sichtbarmachung von lokalen Kurzschlüssen [123]

Zur Evaluation des oben beschriebenen neuen Metallisierungsansatzes wurden darüber hinaus Proben auf Basis einer selektiven Nickelabscheidung innerhalb der geöffneten Bereiche in der Antireflexschicht hergestellt. Die Arbeiten wurden in Zusammenarbeit mit einer weiteren am Fraunhofer ISE erstellten Doktorarbeit von Monica Aléman durchgeführt.

Mit Hilfe dieses Vorgehens sollte es möglich sein, vollkommen frei von Justagefragen arbeiten zu können, da sich die Nickelsaatschicht bei ausreichend guter Prozesskontrolle lediglich in den lasergeöffneten Bereichen abscheidet und somit in jedem Fall optimal zum Laserprozess justiert ist. Problematisch dabei war zum Zeitpunkt dieses Experiments jedoch die Realisierung einer durchgehenden Kontaktstruktur, da die im Anfangsstadium befindliche Nickelabscheidung zunächst lediglich ungleichmäßig erfolgt ist (siehe Abbildung 6-22).

Abbildung 6-22: Links ist eine Mikroskopaufnahme einer unvollständigen Nickelabscheidung auf laserablatierten Linien zu sehen. Rechts ein REM-Bild einer Nickelabscheidung mit bereits durchgeführter galvanischer Verstärkung auf einer texturierten Oberfläche. Die Abscheidungen finden hauptsächlich an den in Kapitel 6.3 behandelten Stellen statt.

6.4.2 Zellergebnisse

Der Vorteil des vorgestellten Verfahrens zur Vorderseitenmetallisierung mit Hilfe der Laserablation mit nachfolgender selektiver Deposition des Metalls und anschließender galvanischer Verstärkung liegt in der Möglichkeit zur Kontaktierung von Emittern mit höheren Schichtwiderständen, also niedrigeren Dotierkonzentrationen. Dies ist vor allem durch die reduzierten Anforderungen der verwendeten Kontaktmetalle zur Herstellung eines guten ohmschen Kontakts auf der Vorderseite zurückzuführen. Beim herkömmlichen Verfahren auf Basis von Siebdruck und Kontaktfeuern ist darüber hinaus eine entsprechende Reichweite der erhöhten Oberflächenkonzentration in die Solarzelle hinein notwendig, um ein Durchkontaktieren der Raumladungszone zu vermeiden. Diese Anforderung kann idealerweise ebenfalls gelockert werden. Der durch den Übergang zu niedrigeren Oberflächenkonzentrationen und, daraus resultierend, höheren Schichtwiderständen erzielbare Wirkungsgradgewinn ist im Rahmen einer exemplarischen Simulation mit Hilfe des Programms PC1D [124, 125] in Abbildung 6-23 dargestellt. Die Einzelheiten zur Simulation sind später in Kapitel 7.1.6 vorgestellt, wo auch eine ausführlichere Diskussion darüber vorgenommen wird. An dieser Stelle sollen die Graphen lediglich das Streben nach höheren Schichtwiderständen begründen.

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 10¹⁶

10¹⁷ 10¹⁸ 10¹⁹ 10²⁰

10²¹ Schichtwiderstand [Ω/sq]

40 120

60 150

90 180

Phosphorkonzentration n P [cm-3 ]

Tiefe z [µm]

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 610

620 630 640

Leerlaufspannung VOC [mV]

Schichtwiderstand R_sh [Ω/sq]

Abbildung 6-23: Ergebnisse einer exemplarischen PC1D-Simulation für die maximal erreichbare Leerlaufspannung VOC, max (rechts) nach Gleichung (2-7) bei Verwendung der Emitterprofile links. Eine ausführlichere Beschreibung und Diskussion der Simulation wird in Kapitel 7.1.6 vorgenommen.

Aufgrund der bereits in Kapitel 3.4 und Kapitel 6.1 erwähnten Absorptionseigenschaften der Siliziumnitridschicht wurden alle folgenden Zellergebnisse durch Laserablation mit dem Coherent AVIA-Laser bei einer Wellenlänge von 355 nm erzielt. Dabei stand, solange nicht anders erwähnt, für die Durchführung der Experimente der variable Abschwächer (siehe Kapitel 3.2.5) zur stufenlosen Regulierung der Pulsenergie ohne Beeinflussung der übrigen Parameter sowie die Strahlprofilhomogenisierung (siehe Kapitel 3.1.5) zur Erzeugung einer gleichmäßigeren Bestrahlungsintensität zur Verfügung.

Vergleich Laserablation und Photolithographie

In einem ersten Schritt soll die Qualität der Laserablation beurteilt werden. Hierzu ist vor allem die laserinduzierte Schädigung, welche in das unter der dielektrischen Schicht liegende Siliziumsubstratmaterial und damit in den Emitter eingebracht wird entscheidend.

Diese Experimente wurden auf Emittern mit niedrigen Schichtwiderständen durchgeführt, um einen größeren Spielraum bezüglich der Prozessparameter zu haben. Dieses größere Prozessfenster könnte vor allem auf texturierten Proben notwendig sein, da, wie bereits in Kapitel 6.1.3 und 6.3 beschrieben, eine schädigungsfreie Ablation bei dieser Oberflächenbeschaffenheit zumindest für die verwendeten Laserparameter ausgeschlossen ist. Darüber hinaus ist das größere Prozessfenster bei der Durchführung der ersten Experimente hilfreich, um eventuell auftretende und weiter oben beschriebene Prozessierungs- und Justageprobleme abzufangen.

Die für die ersten Experimente verwendeten Solarzellenchargen mit der Bezeichnung NVP³⁵ 41 waren jeweils zur Hälfte auf der Vorderseite texturiert, die andere Hälfte besaß eine plane Vorderseite. Der verwendete Emitter war in beiden Fällen ein konventioneller, beim Siebdruck verwendeter Emitter mit einem Schichtwiderstand von 50 Ω/sq.

In Tabelle 6-2 ist eine Übersicht über die Ergebnisse dieser Untersuchung zusammengestellt. Die angegebenen Mittelwerte und Standardabweichungen berechnen sich jeweils aus den Einzelergebissen der Solarzellen auf einem kompletten Wafer, d.h. aus insgesamt sieben 20 × 20 mm² großen Einzelzellen. Dabei muss darauf hingewiesen

35 Interne Chargenbezeichnung im Reinraum des Fraunhofer ISE, die für „Neue Vorderseiten-Prozesse“ steht.

werden, dass im Fall der Laserablation diese sieben Zellen nicht komplett identisch prozessiert wurden, sondern eine Variation in den Laserparametern durchgeführt wurde. Im Fall der Solarzellen mit planer Vorderseite sind darüber hinaus die Werte für die Kurzschlussstromdichte, den Füllfaktor und Wirkungsgrad kursiv gesetzt. Die dort auftretenden Unterschiede können durch technologische Probleme bei der Herstellung der Solarzellen erklärt werden und entsprechen keinem prinzipiellen Problem. Vermutlich rührt die geringe Kurzschlussstromdichte von einem unterschiedlichen Prozessablauf bei der galvanischen Verstärkung der Vorderseitenmetallisierung her. Die Ursache der geringen Füllfaktoren der Referenzen wird in einer nur teilweisen Öffnung der Antireflexschicht durch das nasschemische Ätzen und dadurch einem höheren Kontaktwiderstand der Metallisierung zum Emitter vermutet. Nichtsdestotrotz ist eine Beurteilung der Spannung, welche eine Aussage über die generierte Schädigung durch die Laserablation ermöglicht, gut möglich.

Folgende Aussagen können aus den gemessenen Werten der Solarzellen getroffen werden:

− Die laserablatierten Proben erreichen vergleichbare Leerlaufspannungen wie die Referenzen. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass durch die Laserablation keine zusätzliche Schädigung eingebracht worden ist. Vor allem für die Laserablation auf texturierten Oberflächen ist dies bemerkenswert, da hier der in Kapitel 6.3 erwähnte Ablationsmechanismus, welcher eine stärkere Schädigung an bestimmten Positionen der auf der Vorderseite anzutreffenden Pyramiden beinhaltet, keinen negativen Einfluss auf die Güte der hergestellten Solarzellen habt. Vorteilhaft ist dabei sicherlich der tiefere und höher dotierte Emitter, welcher für die Experimente verwendet wurde. Insgesamt erreichen die Zellen Werte, wie sie für die verwendete Struktur zu erwarten waren.

− Bei den texturierten Solarzellen liegen auch die übrigen Hellkennlinienparameter auf einem vergleichbaren Niveau.

− Eine Beurteilung der Kurzschlussstromdichte, des Füllfaktors sowie des Wirkungsgrads für die laserablatierten planen Solarzellen und für die entsprechenden Referenzen ist aufgrund der oben genannten technologischen Probleme bei der Herstellung der Solarzellen nicht möglich.

− Ein Vorteil der von planen Oberflächen abweichenden Ablationsmechanismen auf texturierten Oberflächen könnte sein, dass lediglich spezifische Bereiche der Vorderseitentextur ablatiert werden, jedoch keine zusammenhängenden Linien bzw.

Flächen. Dadurch treten die in Abbildung 6-21 beschriebenen Justageprobleme weniger häufig auf. Im Gegensatz zu den texturierten Vorderseiten sieht man bei DLIT-Aufnahmen der laserablatierten Solarzellen mit planen Vorderseiten, dass auch bei diesen Proben teilweise überlappende Bereiche von Kontaktfinger zu Kontaktbus vorhanden sind, welche zu durchschnittlich ein bis zwei Kurzschlüssen pro Solarzelle führen. Diese Kurzschlüsse könnten zusätzlich zu den eventuell zu kurzen Fingern eine weitere Erklärung für die niedrigen und schwankenden Füllfaktoren der planen Solarzellen sowie die Verluste in der internen Quantenausbeute sein.

− Trotz der oben genannten Variationen der Laserparameter ist die Standardabweichung der verwendbaren Messwerte für die laserablatierten Proben nicht größer als die der Referenzproben. Dies ist ein deutlicher Beweis für die Prozessstabilität und -toleranz während der Laserablation der Antireflexschicht.

Ein direkter Vergleich der jeweils besten laserablatierten Probe sowie der besten Referenzzelle ist für texturierte als auch plane Vorderseiten anhand der IQE-Messungen in Abbildung 6-24 möglich. Die optische Einkopplung der jeweiligen Paarungen liegt auf identischem Niveau, was an den jeweils dargestellten Reflexionsmessungen sichtbar ist. Die IQE-Messkurven der texturierten Solarzellen liegen darüber hinaus exakt übereinander. Dies ist vor allem im niedrigen Wellenlängenbereich λ ≤ 500 nm wichtig, da dort aufgrund der Eindringtiefe des Lichts dieser Wellenlänge eine Aussage über die Qualität der Vorderseite getroffen werden kann. Da hier keinerlei Abweichungen sichtbar sind, kann davon

ausgegangen werden, dass beide Vorderseiten gleichwertig sind. Auch die interne Quanteneffizienz der planen Proben ist im Wellenlängenbereich λ ≤ 500 nm identisch zu der der Referenzen. Auffällig bei den planen Proben sind jedoch die im Wellenlängenbereich λ > 1100 nm abweichenden Kurven. Diese Abweichungen können jedoch nicht durch einen Einfluss der Laserablation hervorgerufen werden und sind ebenfalls prozesstechnischer Natur.

400 500 600 700 800 900 1000 1100 0.0

int. Quanteneff. IQE / Reflektion R

Wellenlänge λ [nm]

400 500 600 700 800 900 1000 1100 0.0

Plane Vorderseite

IQE R

PL LA

int. Quanteneff. IQE / Reflektion R

Wellenlänge λ [nm]

Abbildung 6-24: Messungen der internen Quanteneffizienz IQE sowie der Reflektion R der besten laserablatierten Proben im Vergleich mit den photolithographisch definierten und nasschemisch geöffneten Proben. Links sind die Zellen mit texturierter, rechts mit planer Vorderseite zu sehen.

Tabelle 6-2: Übersicht über die Ergebnisse der ersten Experimente zur Laserablation.

Verwendet wurde ein 50 Ω/sq. Emitter und PECVD SiN als Antireflexschicht. Die angegebenen Mittelwerte und Standardabweichungen errechnen sich aus jeweils sieben einzelnen Zellen, wobei für die Laserablation sogar die Parameter variiert wurden. Die Chargenbezeichnung aller Proben lautet NVP 41.

VS Strukt. VS VOC

Abschließend kann festgestellt werden, dass die Ablation der Antireflexschicht auf der Vorderseite zumindest bei der verwendeten Emitterkonfiguration keinen messbaren Nachteil gegenüber der als schädigungsfrei angesehenen photolithographischen Definition und dem nasschemischen Ätzen der Kontaktöffnungen beinhaltet. Somit können beide Verfahren als gleichwertig angesehen werden.

Einfluss der Emittertiefe

Durch eine Variation der Tiefe des Emitters sollte es möglich sein, eine Aussage über die Eindringtiefe in das Material zu erhalten. Bei konstanter Eindringtiefe der Schädigung wird dadurch eine räumliche Verschiebung der Raumladungszone relativ zur Schädigung durchgeführt, wodurch die zusätzlichen Störstellen unterschiedlich stark zur Rekombination und dadurch zur Kennlinie der Solarzelle beitragen.

Aus diesem Grund wurden Solarzellen mit einem tiefer eingetriebenen 40 Ω/sq Emitter im Rahmen der Charge NVP 31 hergestellt und für eine Wiederholung der im vorherigen Unterkapitel beschriebenen Experimente verwendet. Die Solarzellen besitzen eine plane Oberfläche, in diesem Fall ein gesputtertes Siliziumnitrid als Antireflexbeschichtung und wurden ansonsten identisch zu den eben beschriebenen Solarzellen prozessiert. Da dabei die identischen Laserprogramme und -parameter verwendet wurden, überlappen sich bei ihnen ebenfalls die ablatierten Bereiche der Finger mit denen der Kontaktbusse, was zu Kurzschlüssen der Raumladungszone führen sollte. Im Gegensatz zu den flachen 50 Ω/sq Emittern der Charge NVP 41 liefern die tiefen 40 Ω/sq Emitter der Charge NVP 31 jedoch sehr konstante und hohe Füllfaktoren, welche im Bereich der bisher prozessierten texturierten Solarzellen liegen (siehe Abbildung 6-25). Die beste Solarzelle aus der Charge NVP 31 besitzt einen Füllfaktor von 79.4 % und einen Wirkungsgrad von 16.6 %. Diese Ergebnisse sind ein klarer Hinweis darauf, dass bei Verwendung eines tiefen Emitters die Wahrscheinlichkeit der Generation eines Kurzschlusses durch die Laserablation geringer ist und die generierte Schädigung weniger Einfluss auf die Hellkennlinienparameter ausübt.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Ergebnissen sind in der Tabelle in Abbildung 6-25 rechts die Hellkennlinienparameter der besten unter Verwendung der Laserablation prozessierten Solarzelle mit einem Spitzenwirkungsgrad von 19.1 % dargestellt.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Plane VS NVP 31 LA Text. VS NVP 41

LA Ref Plane VS NVP 41

Abbildung 6-25: Graphischer Vergleich der Füllfaktorverteilung der Solarzellen aus den beiden Chargen NVP 31 und 41 (links). Rechts sieht man eine tabellarische Übersicht mit den Hellkennlinienmesswerten der Zellen aus Charge NVP31 bei unterschiedlichen Stückzahlen. Bei der Laserablation wurden die Parameter innerhalb dieser Gruppe variiert.

Einfluss des Emitterschichtwiderstands

Vorteil der Laserablation von dielektrischen Schichten ist die Ermöglichung neuer Metallisierungskonzepte. Die Vorzüge davon lassen sich vor allem auf schwächer dotierten Emittern erzielen, wie dies bereits in Abbildung 6-23 angedeutet ist. Aus diesem Grund wird im folgenden Experiment die Kompatibilität der Laserablationsprozesse mit Emittern mit höheren Schichtwiderständen evaluiert.

Im Zuge der weiteren Optimierung des Laserprozesses konnten die überlappenden Bereiche, welche bei vorherigen Chargen zu Kurzschlüssen und einer erhöhten Rekombination geführt hatten, deutlich reduziert werden. Allerdings war es aufgrund von prozesstechnisch bedingten Problemen sowohl bei der Herstellung der Rückseiten-kontaktierung als auch der Vorderseitenmetallisierung mittels Nickel nicht möglich, diese Ergebnisse direkt in Hellkennlinienmessungen zu reproduzieren, weshalb die folgenden Aussagen auf Basis der mittels SunsV_OC ermittelten Werte basieren. Die SunsV_OC-Messung bietet die Möglichkeit, eine I-V-Charakteristik der Solarzelle ohne bestehende Metallkontakte zu bestimmen, da sie keinerlei Einflüsse durch Serienwiderstände enthält. Zur Messung ist lediglich eine Kontaktierung der Probe mit einer Kontaktnadel notwendig, womit die Leerlaufspannung V_OC als Funktion der einfallenden Lichtleistung gemessen wird. Durch Bestrahlung der Probe mit Hilfe einer Blitzlampe wird eine abfallende Intensität erzeugt und für jeden Wert der momentanen Leerlaufspannung die entsprechende Stromdichte J ermittelt. Aus diesen Werten lässt sich eine serienwiderstandsbereinigte I-V-Kennlinie der Probe ermitteln, deren Parameter mit dem Zusatz „Pseudo-“ gekennzeichnet sind. In Abbildung 6-26 sind exemplarisch zwei I-V-Kennlinien dargestellt. Während in Abbildung 6-26 links die Hellkennlinie der fertig metallisierten Zelle am Beispiel der bislang besten laserablatierten Solarzelle (siehe Abbildung 6-25 rechts) aufgetragen ist, ist rechts die SunsVOC-Kennlinie der gleichen Zelle im unmetallisierten Zustand zu sehen. Deutlich sichtbar ist der steilere Abfall der SunsVOC-Kurve bei Spannungen V > VMPP, welcher durch den fehlenden Serienwiderstand hervorgerufen wird. Zu beachten ist dabei, dass die reduzierte Spannung der SunsVOC-Messung durch das noch nicht erfolgte Alneal der Passivierungsschicht und somit einer schlechteren Passivierungswirkung hervorgerufen wird. Eine ausführlichere Beschreibung der SunsVOC-Methode wird zum Beispiel in [126, 127] vorgenommen.

0 100 200 300 400 500 600

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Hellkennlinie

Stromdichte J HKL [mA/cm-2 ]

Spannung V_HKL [mV]

0 100 200 300 400 500 600

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Hellkennlinie

Stromdichte JSunsVOC [mA/cm-2 ]

Spannung V_SunsV

[mV]

Abbildung 6-26: I-V-Kennlinien der gleichen Solarzelle. Links ist die Hellkennlinienmessung der fertigen Zelle mit Serienwiderständen, rechts die bereinigte SunsVOC-Messung der Solarzelle vor der Metallisierung zu sehen.

Durch die Optimierung des Laserprozesses konnte eine Stabilisierung der mittels SunsV_OC gemessenen Pseudo-Füllfaktoren von laserablatierten Solarzellen mit planen Oberflächen

erreicht werden. In Abbildung 6-27 sind diese Ergebnisse dargestellt. Bei dieser Charge wurden die Emitterschichtwiderstände 70 Ω/sq, 90 Ω/sq und 120 Ω/sq verwendet. Die Solarzellen werden nach der Emitterdiffusion nicht mehr thermisch oxidiert, da als Antireflexschicht Siliziumnitrid verwendet wird. Aus diesem Grund entsprechen vor allem die ersten beiden Emittertypen eher Profilen, welche an der Oberfläche eine vergleichbar hohe Dotierkonzentration aufweisen, aber flacher als die bisher verwendeten Profile sind. Aus diesem Grund erhält man durch die Emittervariation eine Aussage über die Eindringtiefe der Schädigung, da mit Absinken der Tiefe des Emitters die Schädigung immer näher an die Raumladungszone heranrückt. Dieser Vergleich kann jedoch nur unter Vorbehalten auf Emitter mit RSh = 120 Ω/sq ausgedehnt werden. Da SiN aufgrund des Passivierungs-mechanismus hier bereits messbare Nachteile gegenüber einer vorderseitigen SiO-Passivierung aufweist, wurden die entsprechenden Zellen nach der Diffusion mit einer ca. 15 nm dicken SiO-Schicht aufoxidiert. Dies bedeutet allerdings, dass erstens der Emitter ein leicht verändertes Profil erhält und zweitens, dass nach erfolgter SiN-Ablation ein kurzer Ätzschritt in HF notwendig ist, um die dünne Siliziumoxidschicht in den geöffneten Bereichen vollständig zu entfernen und einen direkten Kontakt zum Silizium zu ermöglichen.

Im Dokument Einsatz von Laserverfahren zur Prozessierung von kristallinen Silizium-Solarzellen (Seite 132-141)