In den vorangegangenen Abschnitten wurden das Herstellungsverfahren und die materialspezifi-schen Eigenschaften von RGS-Silizium vorgestellt. Es zeigt sich, dass RGS innerhalb eines Her-stellungsprozesses in zwei verschiedenen Varianten auftreten kann. Bei Solarzellen aus Material mit vielen Inversionskanälen tragen auch tief im Volumen erzeugte Ladungsträger zum Gesamt-strom bei, wodurch sich der KurzschlussGesamt-strom erhöht. Gleichzeitig besteht aber auch die Gefahr, dass die Zelle durch die Kanäle teilweise kurzgeschlossen wird, so dass im Vergleich zu Zellen aus kanalarmem Material Verluste im Füllfaktor und der offenen Klemmspannung auftreten.
Hierzu trägt auch die vergrößerte Raumladungszone und der damit verbundene höhere Dunkel-strom in diesem Bereich bei.
Die Diffusion von Wasserstoff in RGS verläuft aufgrund der hohen Sauerstoffkonzentration rela-tiv langsam. Messungen mit Deuterium zeigen, dass auch nach 24-stündiger MIRDP-Passivierung bei 450 °C ein Wafer nicht vollständig von Deuterium durchsetzt ist. Ob dies auch für Wasser-stoff gilt, ist aus den durchgeführten Experimenten nicht zu schließen. Es wurden theoretische Überlegungen vorgestellt, die eine gute Übereinstimmung mit Daten aus SIMS-Messungen zei-gen, wenn davon ausgegangen wird, dass die effektive Diffusion eine Überlagerung ist aus freier Diffusion nach dem 2. Fickschen Gesetz und einer Diffusion unter „multiple trapping“, bei der D-Atome während der Diffusion durch Defekten eingefangen werden. Dies würde die Diffusion des Wasserstoffs in gleichem Maße beeinflussen, wodurch sich dessen effektive Diffusionskonstante an die des Deuteriums angliche.
Auch der Ladungstransport verläuft in RGS langsamer als in monokristallinem Silizium. Hall-Messungen zeigen eine Abnahme der Majoritätenmobilität um einen Faktor 2-3. Dieser Wert konnte auch für die Minoritäten bestimmt werden. Es wurde ein Verfahren entwickelt, das es er-möglicht, die Mobilität der Minoritäten in RGS-Silizium lateral aufgelöst zu bestimmen. Die hier-zu notwendigen Messdaten erhält man durch eine LBIC- und eine Lebensdauermessung. Weiter-hin macht es diese Technik möglich, zwischen Streu- und Rekombinationszentren zu unterschei-den. Auf diese Weise lässt sich zeigen, dass Streu- und Rekombinationszentren nicht notwendi-gerweise gemeinsam auftreten müssen.
Mit Hilfe von Lebensdauermessungen wurde die Eignung des Standardprozesses für RGS über-prüft und bestätigt. Dabei erweist sich eine zusätzlich eingeführte H-Passivierung bei RGS als sehr effektiv. Durch ihre Implementierung in den Zellprozess vor der Metallisierung sind beliebi-ge Passivierungsdauern und -tiefen des Volumens möglich. Im Prozess passivierte Solarzellen weisen im Vergleich mit unpassivierten Referenzen eine Steigerung im Wirkungsgrad um 28%rel
auf.
Das Ziel der Einführung einer mechanischen Textur ist es, die Reflexionsverluste an der Oberflä-che zu minimieren. Bei RGS kommt zusätzlich noch eine erhöhte EinsammelwahrsOberflä-cheinlichkeit hinzu. Durch die erfolgreiche Einführung einer mechanischen Textur konnten zusätzliche Steige-rungen erreicht werden. Zur optimalen Einkopplung der eingestrahlten Photonen in die Solarzelle wird eine ZnS/MgF2-Doppelantireflexschicht abgeschieden. Durch das aufwendige Verfahren
3.6. ZUSAMMENFASSUNG 91
kommt sie allerdings nur bei ausgesuchten Zellen zum Einsatz. Die beste flache im Rahmen die-ser Arbeit prozessierte Zelle hat einen Wirkungsgrad von 12,5 bzw. 12,8%i. Dies ist derzeit der höchste unabhängig bestätigte mit RGS-Silizium erreichte Wirkungsgrad. Übertroffen wird dieser noch durch die beste Zelle mit einer V-Grabentextur. Trotz erhöhter Abschattungsverluste durch-bricht diese Solarzelle nach Abscheidung einer DARC erstmals die Marke von 13%. Mit 13,2%
weist sie gegenüber der besten flachen Zelle eine zusätzliche Steigerung um ca. 5,5% auf.
i Unabhägig bestätigt am EC JRC in Ispra (Italien)
4 T RI -S ILIZIUM
Derzeit liegt die übliche Waferdicke zur Herstellung von Solarzellen bei 300-350 µm vor bzw.
260-310 µm nach Entfernen des Sägeschadens. Obwohl aus theoretischen wie experimentellen Untersuchungen hervor geht, dass der maximal Wirkungsgrad einer kristallinen Siliziumsolarzelle bei entsprechender Anpassung des Zellprozessesi mit Waferdicken im Bereich von 50-100 µm zu erreichen ist [106-110] macht es die Stabilität der Wafer derzeit unmöglich, Solarzellen solcher Dicken in industriellem Maßstab zu prozessieren, ohne dabei unverhältnismäßig hohe Verluste durch Waferbruch hinnehmen zu müssen. Ein Weg zu dünneren Solarzellen und damit weniger Materialverbrauch bei gleichzeitiger Möglichkeit zu höheren Wirkungsgraden wurde von Sie-mens durch die Entwicklung von trikristallinem Silizium (Tri-Si) eingeschlagen. Dieses, vom Herstellungsprozess und in seinen Eigenschaften, dem monokristallinen CZ-Silizium ähnliche Material ließ am Anfang seiner Entwicklung darauf hoffen, dass aufgrund von Verspannungen im Material eine höhere Stabilität erreichbar ist. Zusätzlich konnte eine höhere maximale Ziehge-schwindigkeit beobachtet werden [111]. Bezüglich der schnellerer Produktion konnte CZ inzwi-schen zu Tri-Si aufschließen [112], jedoch eröffnet eine höhere Bruchkraft die Möglichkeit, zu dünneren Wafern und somit potentiell höheren Wirkungsgraden überzugehen, ohne dabei eine höhere Bruchrate in Kauf nehmen zu müssen. Gleichzeitig reduziert sich der Materialverbrauch, da sich mehr Wafer aus einem Siliziumblock sägen lassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Bruchtest durchgeführt, dessen Resultate in Abschnitt 4.3 zusammen mit weiteren spezifischen Eigenschaften von Tri-Si zusammengestellt sind.
Im Gegensatz zu multikristallinem Silizium und hier insbesondere RGS-Material besitzen La-dungsträger in „as grown“ Tri-Si Diffusionslängen jenseits von 1 mm [113]. Dieser im Vergleich zu RGS etwa 25 mal höhere Wert zusammen mit weiteren Eigenschaften (Kristallorientierung, Basisdotierung) machen es erforderlich, den in Abschnitt 1.1 beschriebenen Standardprozess an dieses Material anzupassen. Es wurden einige Prozessschritte abgewandelt und auch neue Se-quenzen eingeführt. Die Optimierungsschritte sowie die daraus resultierenden Ergebnisse bilden den vierten Abschnitt dieses Kapitels.
Zunächst soll allerdings auf das Herstellungsverfahren und die kristallographischen sowie elektri-schen Eigenschaften von Tri-Si eingegangen werden.
i durch “Optical confinement” und “electrical confinement”.
TRI-SILIZIUM
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