[cm2] [mA/cm2] [mV] [%] [%]
239 34.0 612.1 74.3 15.4
Tabelle 5.2: I-V-Parameter der besten MWT-Zelle mit Siebdruckmetallisierung aus mc-Si.
auf der R¨uckseite ersetzt, kann der F¨ullfaktor um ca. 1.5 % absolut verbessert werden. Dies wurde an mehreren Zellen ¨uberpr¨uft. Eine der besten Zellen mit einem Wirkungsgrad von urspr¨unglich 16.4 % und einem F¨ullfaktor von 75.8 % verbesserte sich auf 16.7 % Effizienz und einem F¨ullfaktor von 77.2 %. Dieser F¨ullfaktor ist sowohl f¨ur R¨uckkontaktzellen als auch f¨ur großfl¨achige Zellen sehr gut. Die von der Zelle generierte Leistung verringerte sich jedoch nach dem S¨agen der Kanten durch den Verlust an aktiver Zellfl¨ache.
Prinzipiell ist der Herstellungsprozess f¨ur siebgedruckte MWT-Zellen ebenfalls f¨ur multikristallines Silizium geeignet. Insbesondere enth¨alt er keine Prozessschrit-te mit sehr hohen Temperaturen, die die Lebensdauer des mc-Si degradieren k¨onnten. Der Fokus der Arbeit lag in der Entwicklung monokristalliner MWT-Solarzellen, so dass nur sehr wenige MWT-Zellen aus multi-kristallinem Silizium hergestellt wurden, um die prinzipielle Anwendbarkeit des Prozesses zu zeigen.
Um die multikristallinen Zellen mit den selben Sieben metallisieren zu k¨onnen, die auch f¨ur monokristalline MWT-Zellen verwendet werden, wurden die Wafer am Anfang des Prozesses auf das semi-square Format ges¨agt, indem ihre Ecken abgetrennt wurden. Die I-V-Parameter der besten multikristallinen MWT-Zelle sind in Tabelle 5.2 aufgef¨uhrt. Die pn-Isolation der Kante erfolgte mit dem Laser von der Zellr¨uckseite2.
5.3 Prozessvereinfachung
Der bisher verwendete Prozess zur Herstellung von MWT-Zellen unterscheidet sich im Wesentlichen in zwei Punkten von dem f¨ur konventionelle Zellen mit siebgedruckter Metallisierung verwendeten: Dem Bohren der L¨ocher am Prozess-anfang und einem zus¨atzlichen Druckschritt auf der Zellr¨uckseite. Bei einer kon-ventionellen Solarzelle werden auf die R¨uckseite der Zelle zwei unterschiedliche Pasten gedruckt. Auf einen Großteil der R¨uckseite wird Aluminium-Paste aufge-tragen, um einen R¨uckkontakt mit BSF zu bilden. Diese Aluminium-Paste ist jedoch nicht l¨otbar. Deshalb nehmen Kontaktpads aus AgAl-Paste, auf die Verbinder gel¨otet werden k¨onnen, einen kleinen Teil der R¨uckseite ein. Bei MWT-Zellen muss der n-Typ Busbar mit einer Silberpaste metallisiert werden, da
2Dieser Prozessschritt wurde von der Sunways AG ¨ubernommen.
urspr¨unglicher Prozess vereinfachter Prozess Frontgitter Ag-Paste 1 auf FS Ag-Paste 1 auf FS Busbars Ag-Paste 2 auf RS
Ag-Paste 2 auf RS Kontaktpads AgAl-Paste auf RS
R¨uckkontakt+BSF Al-Paste Al-Paste
Tabelle 5.3: Metallisierung der MWT-Zellen beim urspr¨unglichen und beim verein-fachten Prozess.
Tabelle 5.4: Durchschnittliche Zellergebnisse von zwei Gruppen mit jeweils 8 MWT-Zellen. Eine Gruppe wurde mit einer vereinfachten Metallisierung hergestellt, die einen Druckschritt vermeidet indem die externen p-Typ Kontakte mit Silberpaste gedruckt werden.
sonst Kurzschl¨usse entstehen. Deshalb wurde bei den bisher vorgestellten Zellen ein zus¨atzlicher Druckschritt im Vergleich zu konventionellen Zellen verwendet (siehe Tabelle 5.3). Prinzipiell ist es jedoch m¨oglich, die Basiskontaktpads mit der Silberpaste der Busbars zu metallisieren. In diesem Fall w¨aren f¨ur die Me-tallisierung der R¨uckseite einer MWT-Zelle, wie bei konventionellen Zellen auch, nur zwei Druckschritte notwendig.
In Tabelle 5.4 sind die Zellergebnisse von zwei Gruppen aus jeweils acht MWT-Zellen aufgelistet3. Beide Gruppen wurden aus dem selben Ausgangssubstrat (3-6 Ωcm Cz-Si, semi-square 15.6×15.6cm2) hergestellt und bis zur Metallisie-rung parallel prozessiert. Die Gruppen unterscheiden sich in der MetallisieMetallisie-rung ihrer R¨uckseite. Bei der ersten Gruppe wurde die urspr¨ungliche Metallisierungsse-quenz verwendet, bei der drei Druckschritte verwendet werden (siehe Tabelle 5.3).
Bei der zweiten Gruppe wurde die R¨uckseite mit nur zwei Druckschritten metal-lisiert: einem mit Aluminium-Paste und einem mit Silberpaste.
Beide Metallisierungssequenzen ergeben ¨ahnliche Kurzschlussstr¨ome. Jedoch unterscheiden sich die gemittelten Werte der offenen Klemmenspannung Voc, des F¨ullfaktors FF und damit der Effizienzη, die sich f¨ur die beiden Prozesse ergeben.
Die durchschnittliche offene Klemmenspannung ist bei dem vereinfachten Prozess um mehr als 4 mV reduziert. Da auch der mittlere F¨ullfaktor beim vereinfachten
3Die Zellen wurden von der Sunways AG teilprozessiert.
5.3. PROZESSVEREINFACHUNG 83
Abbildung 5.3: Schematische Darstellung eines Kontaktpads, das mit der selben Pas-te gedruckt wurde, die zur Metallisierung der Busbars verwendet wird. Ein EmitPas-ter unter dem Pad bewirkt eine sehr schlechte Passivierung der Oberfl¨ache und zu einer Verl¨angerung des Wegs der L¨ocher.
Prozess um 2 % absolut niedriger ist, verringert sich die mittlere Effizienz von 16.0 % auf 15.4 %.
Um dies zu verstehen, ist es notwendig zu bemerken, dass bei dem verwendeten Prozess der Emitter in einer P OCl3 Diffusion aus der Gasphase gebildet wird.
Das bedeutet, dass nach der Diffusion, also vor dem Feuern der Pasten, sich Emitter sowohl auf der gesamten Vorder- als auch R¨uckseite befindet. Insbeson-dere befindet sich auch ein Emitter an der Stelle, an der die Basiskontaktpads entstehen sollen. Beim Feuern wird der Emitter unter der Al-Paste vollst¨andig aufgel¨ost [13]. Bei der AgAl-Paste wird der Emitter zumindest an vielen Stellen entfernt.
Werden die Kontaktpads mit der selben Paste metallisiert, mit der auch die Bus-bars hergestellt werden, so wird der Emitter unter den Pads vollst¨andig erhalten bleiben. Die f¨ur die Busbars verwendete Paste, ist keine gew¨ohnliche Silberpas-te, da sie, um Kurzschl¨usse in der Busbarregion zu vermeiden, nicht durch den Emitter feuern darf (siehe Abschnitt 3.3). Folglich befindet sich am Ende des Herstellungsprozesses bei der vereinfachten Metallisierung immer noch der Emit-ter unver¨andert unter den p-Typ Kontaktpads.
Der Emitter unter den Kontaktpads ist mit dem Aluminium-Basiskontakt kurz-geschlossen. Elektronen, die im Bereich der Kontaktpads zur R¨uckseite diffun-dieren, werden vom Emitter eingesammelt. Da der Emitter mit dem Basiskon-takt kurzgeschlossen ist, werden die Elektronen mit L¨ochern vom Basiskontakt rekombinieren. Der kurzgeschlossene Emitter f¨uhrt also zu einer kompletten De-passivierung der Oberfl¨ache.
Dennoch ist der beobachtete Abfall der Spannung erstaunlich. Einerseits ist be-kannt, dass AgAl-Paste die R¨uckseite einer Zelle nur sehr schlecht passiviert.
Andererseits zeigen ECV-Messungen nach dem Feuern einer AgAl-Paste auf ei-nem 10 Ω/sqEmitter ein fast unver¨andetes Profil des Emitters. Der Emitter kann also nur stellenweise entfernt worden sein, so dass sich im Wesentlichen die selbe
Abbildung 5.4: LBIC-Messung [101] eines Ausschnitts einer MWT-Zelle. Auf der Vorderseite der Zelle wurde ein d¨unner Busbar gedruckt, der den Ausfall eines Fingers verhindert, falls ein Loch sehr schlecht metallisiert wird. Dieser befindet sich leicht links im Bild ¨uber der Busbarregion der R¨uckseite. Bei der eingestrahlten Wellenl¨ange von 905 nm ist kein Anstieg des Kurzschlussstroms in der Busbarregion durch den beidseitigen Emitter im Vergleich zur normalen Zellfl¨ache mit Al-BSF zu erkennen.
Die Busbarregion wird durch zwei Laserschnitte von der restlichen R¨uckseite isoliert.
Zu erkennen sind die unmetallisierten Bereiche zwischen den Laserschnitten und dem Al-BSF. Rechts neben dem Busbar ist die Position des AgAl-Kontaktpads zu erkennen.
Durch die im Vergleich zum Al-BSF schlechte R¨uckseitenpassivierung, wird hier weniger Strom eingesammelt.
5.4. VERGLEICH MIT KONVENTIONELLEN ZELLEN 85