Herstellung, Charakterisierung und Simulation semitransparenter, bifacialer kristalliner Siliziumsolarzellen

Herstellung, Charakterisierung und Simulation semitransparenter, bifacialer

kristalliner Siliziumsolarzellen

Dissertation

zur Erlangung des akademischen Grades des Doktors der Naturwissenschaften

(Dr. rer. nat.)

an der Universität Konstanz Fakultät für Physik

vorgelegt von

Ralph Kühn

Konstanz, November 2000

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1 Das Konzept der POWER-Solarzelle_________________________________________8 1.1 Die Familie der POWER-Zellen _____________________________________________ 8 1.1.1 Die bifaciale POWER-Zelle______________________________________________ 10 1.1.2 Die monofaciale POWER-Zelle___________________________________________ 12 1.1.3 Die Rückkontakt-POWER-Zelle __________________________________________ 12 1.2 Vergleich mit verwandten Zellkonzepten _____________________________________ 13 1.2.1 Zellkonzepte mit Semitransparenz_________________________________________ 13 1.2.2 Zellkonzepte für bifaciale Solarzellen ______________________________________ 13 2 Herstellung von bifacialen POWER-Solarzellen ______________________________15 2.1 Industrienahe Prozeßschritte zur Fertigung von Siliziumsolarzellen ______________ 15 2.1.1 Mechanische Oberflächentexturierung _____________________________________ 15 2.1.2 Ätz- und Reinigungsprozeduren __________________________________________ 18 2.1.3 Phosphordiffusion _____________________________________________________ 19 2.1.4 Siliziumnitrid-Abscheidung______________________________________________ 20 2.1.5 Siebdruckmetallisierung ________________________________________________ 22 2.2 Herstellungsprozesse für bifaciale POWER-Solarzellen _________________________ 23 2.2.1 Prozeß 1: mit Diffusionsbarriere und gerichteter PECVD-SiN-Abscheidung________ 24 2.2.1.1 Entwicklung eines Durchfeuerprozesses durch die Diffusionsbarriere ___________ 27 2.2.1.2 Einfluß eines Al-BSF-Rückkontaktgrids __________________________________ 29 2.2.1.3 Einfluß eines Hochtemperatur-Diffusionsschrittes auf ein PECVD-Nitrid ________ 29 2.2.2 Prozeß 2: mit Diffusionsbarriere und ungerichteter LPCVD-SiN-Abscheidung _____ 32 2.2.3 Prozeß 3: durch lokales Wegsägen des Emitters ______________________________ 34 2.3 Zusammenfassender Überblick über die Herstellungsprozesse ___________________ 36 3 Charakterisierung von POWER-Solarzellen _________________________________37 3.1 Einleitung_______________________________________________________________ 37 3.2 Strom-Spannungs-Messungen ______________________________________________ 38 3.2.1 2-Dioden-Modell, Schwierigkeiten der Parameterextraktion, Meßanordnung _______ 38 3.2.2 IV-Messungen mit verschieden reflektierenden Hintergründen __________________ 41 3.2.2.1 Frontseitige Beleuchtung: Meßergebnisse und Interpretation __________________ 42 3.2.2.2 Rückseitige Beleuchtung: Meßergebnisse und Interpretation __________________ 44 3.2.3 Temperaturabhängige IV-Messungen ______________________________________ 46 3.3 Reflexions- und Transmissionsmessungen ____________________________________ 48 3.3.1 Reflexionsmessungen __________________________________________________ 48 3.3.2 Lokale Reflexionsmessungen der Rückseite _________________________________ 49 3.3.3 Transmissionsmessungen________________________________________________ 50 3.4 Spectral-Response-Messungen______________________________________________ 50 3.4.1 Meßmethode zur Bestimmung der IQE bei POWER-Zellen _____________________ 52 3.4.2 Einfluß eines Bias-lights und eines reflektierenden Hintergrundes________________ 52 3.4.3 Quantenausbeuten bei frontseitiger Beleuchtung _____________________________ 53 3.4.4 Quantenausbeute bei rückseitiger Beleuchtung _______________________________ 54

3.5 LBIC-Messungen_________________________________________________________ 55 3.5.1 Frontseitige LBIC-Messungen____________________________________________ 56 3.5.2 LBIC-Messungen von der Rückseite _______________________________________ 57 3.6 Charakterisierung unter realen Einsatzbedingungen ___________________________ 59 3.6.1 Meßapparatur und Meßgeometrien ________________________________________ 59 3.6.2 Meßergebnisse ________________________________________________________ 61 3.7 Zusammenfassung: Überblick und Bewertung der Herstellungsprozesse___________ 64 3.7.1 Übersicht über erzielte Zellresultate bifacialer POWER-Zellen __________________ 64 3.7.2 Vergleich von bifacialen POWER- und konventionellen Zellen __________________ 65 3.7.3 Vergleich und Bewertung der Herstellungsprozesse für POWER-Zellen ___________ 66 3.7.4 Verbesserungsvorschläge und Potentialabschätzung___________________________ 68 4 Die Problematik freiliegender pn-Übergänge ________________________________ 71 4.1 Einleitung _______________________________________________________________ 71 4.2 Theorie zur Rekombination innerhalb der Raumladungszone (RLZ)______________ 72 4.2.1 Überblick über analytische Modelle zur Rekombination in der RLZ ______________ 72 4.2.2 Einfluß des Rekombinationsstromes J02 auf die IV-Kennlinie ___________________ 75 4.2.3 Alternative Modelle zur Erklärung einer IV-Charakteristik mit Idealität n=2________ 77 4.3 Experimente: freiliegende pn-Übergänge an unpassivierten Oberflächen __________ 78 4.3.1 Experimenteller Ansatz _________________________________________________ 78 4.3.2 Experimentelle Resultate ________________________________________________ 78 4.3.3 Ergänzende Computersimulationen ________________________________________ 81 4.4 Simulationen: freiliegende pn-Übergänge und IV-Charakteristiken _______________ 84 4.4.1 Simulationsansatz, verwendete Parameter und Modelle ________________________ 84 4.4.2 Einfluß der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ORG __________________ 85 4.4.3 Einfluß der Grunddotierung N_A und der Emitterdotierung N_D ___________________ 89 4.4.4 Einfluß der festen Oberflächenladung Q_f____________________________________ 92 4.5 Zusammenfassende Schlußfolgerungen für POWER-Solarzellen ________________ 100 4.5.1 Geometriebedingte Einflüsse auf die Charakteristik von POWER-Zellen _________ 100 4.5.2 Schlußfolgerungen zur Herstellung und Design bifacialer POWER-Zellen ________ 102 4.6 Ergänzende Simulationen zur bifacialen POWER-Zelle________________________ 104 4.6.1 Das zweidimensionale Modell der bifacialen POWER-Zelle ___________________ 104 4.6.2 Variation der Minoritätsladungsträger-Lebensdauer __________________________ 105 4.6.3 Variation der Basisdotierung ____________________________________________ 107 4.6.4 Variation der Beleuchtung ______________________________________________ 107 4.6.5 Variation der ORG ____________________________________________________ 108 4.6.6 Zusammenfassung ____________________________________________________ 109 5 Herstellung sperrender, lokal definierter pn-Strukturen_______________________ 110 5.1 Einleitung und Aufgabenstellung __________________________________________ 110 5.2 Konventionelle Methoden zur Erzeugung lokaler pn-Strukturen ________________ 112 5.2.1 Lokale Diffusionsbarrieren _____________________________________________ 112 5.2.2 Lokales Entfernen des Emitters __________________________________________ 113 5.2.3 Sonstige Methoden____________________________________________________ 113 5.3 Der Al-P-Kodiffusions-Prozeß _____________________________________________ 114 5.3.1 Versuche zur Shunt-freien Überkompensierung mit Aluminium ________________ 114 5.3.2 Der Al-P-Kodiffusions-Prozeß: Prinzip, Experimente und Resultate _____________ 115 5.3.3 Charakterisierung mittels LBIC und Lock-in Thermographie___________________ 119

5.4 Al-P-Kodiffusion zur Herstellung bifacialer POWER-Zellen____________________ 123 5.5 Vergleich der Al-P-Kodiffusion mit den konventionellen Methoden ______________ 124 6 Zusammenfassung _____________________________________________________126 7 Appendices ___________________________________________________________128 7.1 Grundlagen der numerischen Simulation von Halbleiter-Bauelementen __________ 128 7.2 Simulationsparameter und –modelle der Simulation aus Kapitel 4.4 _____________ 129 7.3 Liste der Symbole _______________________________________________________ 131 8 Literaturverzeichnis ____________________________________________________132 9 Publikationen _________________________________________________________142 Danksagung

Einleitung

„Die Photovoltaik sieht einer goldenen Zukunft entgegen !“

Dieser Ausspruch klingt angesichts der aktuellen Zahlen [Nitsch99] mehr wie ein Wunsch- traum als das Resultat fundierter Studien: 1997 wurden 23.861GWh (4,69%) des in Deutsch- land verbrauchten Stroms durch erneuerbare Energiequellen (EEQ) (Wasser- und Windkraft, Biomasse und Sonnenenergie) bereitgestellt. Davon stammten nur 32GWh aus der Photovol- taik.

Und doch: Seit die These vom anthropogen bedingten Klimawechsel zur Gewißheit geworden ist, seit bei der Weltklimakonferenz in Kyoto 1992 die Reduzierung des globalen CO2- Ausstoßes auf das Niveau von 1990 als internationales Ziel ausgesprochen wurde [Kyoto92], steht fest, daß der stetig wachsende Energiebedarf der Menschheit nicht durch fossile Ener- giequellen gedeckt werden darf. Die Kernenergie bietet nur eine von der Gesellschaft wenig akzeptierte Alternative. Es bildet sich daher zur Zeit der allgemeine Konsens heraus, daß den erneuerbaren Energiequellen in Zukunft eine immer wichtiger werdende Bedeutung zu- wächst.

Die politischen Rahmenbedingungen, deren Ziel in der Verdopplung des Anteils der EEQ an der gesamten Energieversorgung in Deutschland besteht, wurden mit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (= Novellierung des Stromeinspeisegesetzes) [EEG00] er- heblich verbessert. Sie sehen mit 99 Pf/kWh eine, an den Gestehungskosten orientierte Ver- gütung von Solarstrom vor.

Um die Attraktivität der Photovoltaik über die Phase einer staatlichen Subventionierung hin- aus zu sichern, müssen ihre Kosten weiter reduziert werden. Neben dem Übergang zur indu- striellen Massenfertigung werden dabei meist zwei gängige Konzepte verfolgt: (1) die Steige- rung des Wirkungsgrades der Zellen durch optimierte Herstellungssequenzen bei gleichblei- benden Herstellungskosten (⇒ „High-efficiency-Solarzellen“) oder (2) die Senkung der Ko- sten durch Verwendung günstigerer Substrate und Verarbeitungsprozesse (⇒ „Low-cost- Solarzellen“).

Mit der Idee der POWER-Solarzelle [Willeke94/1] wird ein neuer Ansatz gewählt. Dieses neuartige Zellkonzept findet seine Berechtigung in der Erschließung weiterer, herkömmlichen Zellen verschlossener Anwendungsgebiete. Basierend auf konventioneller Silizium- Wafertechnologie erreicht man durch das Einbringen vieler, winzig kleiner Löcher, daß ein Teil des eingestrahlten Sonnenlichtes die Solarzelle ungehindert passieren kann. Durch die einzigartige Kombination einer optischen Semitransmittanz von bis zu T = 20% mit hohen Wirkungsgraden η > 10% ergeben sich interessante Einsatzmöglichkeiten insbesondere im architektonischen Bereich. Speziell die Integration der Photovoltaik in Fassaden erscheint hierbei, ein ästhetisch sehr hochwertiges Produkt vorausgesetzt, erfolgversprechend. Der Ein- satz semitransparenter Solarzellen in modernen Glasfassaden oder Lichthöfen spart Kosten bei der Modulverkapselung. Gleichzeitig entfallen die Aufwendungen für zusätzliche Instal- lationsaufbauten. In der Gesamtbilanz lassen sich somit die Kosten einer Photovoltaikanlage erheblich reduzieren.

Die im Rahmen dieser Dissertation vorgestellte, bifaciale POWER-Zelle, besitzt im Vergleich zu der, von der Firma sunways AG (Konstanz) seit Juli 1999 hergestellten, monofacialen POWER-Zelle einen etwa 20% höheren Wirkungsgrad. Ihre Fähigkeit, von beiden Seiten auftreffendes Licht zur Erzeugung elektrischer Energie zu nutzen, bewirkt bei der Installation vor stark reflektierenden Hintergründen eine weitere Steigerung der Energieausbeute.

Organisation dieser Arbeit

Ziel dieser Arbeit war, industriell umsetzbare Herstellungsprozesse für bifaciale POWER- Solarzellen zu entwickeln, die damit erzeugten Zellen auf ihre optischen und elektrischen Eigenschaften hin zu charakterisieren und die erhaltenen Resultate durch eine Analyse mit zweidimensionalen Computersimulationen besser zu verstehen.

Kapitel 1 stellt das grundlegende Konzept der POWER-Solarzelle vor und erläutert dessen verschiedene Variationen, die bifaciale, die monofaciale und die rückkontaktierte POWER- Zelle. Die speziellen Eigenschaften der, in dieser Dissertation vorzustellenden bifacialen POWER-Zelle, ihre Bifacialität und ihre optische Semitransparenz, werden durch Vergleich mit verwandten Zellkonzepten in den Kontext des aktuellen Standes der Forschung gesetzt.

In Kapitel 2 werden drei Herstellungssequenzen für bifaciale POWER-Zellen präsentiert. Bei deren Entwicklung galt ein Hauptaugenmerk der industriellen Umsetzbarkeit. Es wurden aus- schließlich Prozeßschritte angewendet, die, wie zum Beispiel die Siebdruckmetallisierung, schon zur kommerziellen Fertigung von Solarzellen eingesetzt werden, oder, wie die mecha- nische Oberflächentexturierung, derzeit für diesen Einsatz entwickelt werden.

Bei der Vorstellung der Prozeßsequenzen und deren Optimierung wird auf auftretende tech- nologische sowie physikalische Fragestellungen eingegangen.

In Kapitel 3 folgt eine eingehende Charakterisierung der auf diese Weise hergestellten Zel- len. Messungen der Strom-Spannungs-Kennlinie und der spektralen Empfindlichkeit liefern Aussagen über deren elektrische Eigenschaften. Reflexions- und Transmissionsmessungen geben Daten über ihr optisches Verhalten. Zusätzlich kann durch LBIC-Messungen Auf- schluß über die lokale Verteilung dieser Eigenschaften gewonnen werden, was angesichts der sehr inhomogenen Struktur der bifacialen POWER-Zelle sehr wertvoll ist.

Bei einigen Meßmethoden waren aufgrund der Semitransparenz der Zellen Modifikationen notwendig. Ihrer Bifacialität Rechnung tragend, wurden die Zellen jeweils von beiden Seiten her gemessen.

Die Charakterisierung unter realen Anwendungsbedingungen (sogenannte Freiluftmessungen) bestätigen die im Labor erhaltenen Ergebnisse und geben Aufschluß über das Verhalten von POWER-Zellen bei unterschiedlich reflektierenden Hintergründen.

Basierend auf der Charakterisierung werden am Ende dieses Kapitels die POWER-Zellen sowohl mit konventionellen, flachen Zellen als auch die verschiedenen Herstellungsmethoden untereinander verglichen und bewertet. Ausgehend von den erreichten Wirkungsgraden von bis zu 12,4% (11% Transmittanz) werden Optimierungspotentiale erörtert und der dadurch erreichbare Wirkungsgrad bifacialer POWER-Zellen zu η= 13,8 – 15,1% abgeschätzt.

Kapitel 4 beschäftigt sich mit einer speziellen Eigenart der POWER-Zelle: den freiliegenden pn-Übergängen. Diese bewirken, daß sich die POWER-Zelle nicht nur wie eine konventio- nelle Zelle, die durchlöchert wurde, verhält, sondern darüber hinaus aufgrund einer gestei- gerten Sättigungsstromdichte J02 zusätzliche Problemstellungen auftreten. Diese wurden so- wohl experimentell als auch mit Hilfe zweidimensionaler Computersimulationen untersucht.

In Kapitel 5 wird mit dem Al-P-Kodiffusionsprozeß eine Möglichkeit vorgestellt, mit einem einzigen, einfachen Prozeßschritt sperrende p⁺n⁺-Übergänge zu erzeugen. Wie verdeutlicht werden wird, eröffnet dies den Ausblick sowohl auf weiter gesteigerte Wirkungsgrade als auch auf eine vereinfachte Umsetzung des POWER-Konzeptes in den industriellen Maßstab.

KAPITEL 1 DAS KONZEPT DER POWER-SOLARZELLE

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Kapitel 1

1 Das Konzept der POWER-Solarzelle

Das Konzept der POWER-Solarzelle wurde erstmals 1994 von G. Willeke und P. Fath vorge- stellt [Willeke94/1]. POWER steht hierbei als geschickt gewähltes Akronym für POlycrystal- line¹ Wafer Engineering Result und bezieht sich auf die Strukturierung herkömmlicher, mul- tikristalliner Siliziumwafer mit Hilfe von Präzisionssägen, wodurch neuartige Zellgeometrien erzeugt werden können.

Im Anschluß wird zunächst das grundlegende Konzept der POWER-Solarzelle erläutert und dessen verschiedene Variationen, die bifaciale, die monofaciale und die rückkontaktierte POWER-Zelle, vorgestellt.

Anschließend werden die speziellen Eigenschaften der, in dieser Dissertation vorzustellenden POWER-Zelle, ihre Bifacialität² und ihre optische Semitransparenz, durch Vergleich mit verwandten Zellkonzepten in den Kontext des aktuellen Standes der Forschung gestellt.

1.1 Die Familie der POWER-Zellen

Das charakteristische Merkmal einer POWER-Zelle ist die makroskopische Texturierung bei- der Seiten der Zelle. Mit Hilfe einer konventionellen Wafersäge werden auf der Front- und Rückseite des Wafers senkrecht zueinander verlaufende Gräben eingebracht [Wille- ke94/3],[Fath95/1]. Da die Tiefe der Gräben größer ist als die halbe Zelldicke, entstehen an den Kreuzungspunkten der Gräben kleine Löcher.

1 Dem Akronym widersprechend wurden die meisten der im Anschluß vorgestellten Untersuchungen auf mono- kristallinem Cz-Silizium durchgeführt. Bei der Untersuchung spezieller Fragestellungen werden gezielt einzelne Herstellungsparameter variiert. Die Verwendung von mc-Silizium würde aufgrund der von Wafer zu Wafer variierenden Materialqualität zu einer weiteren Streuung der Ergebnisse führen, die eine Auswertung der Meß- resultate unnötig erschweren würde. Der Begriff „POWER“ steht nachfolgend daher synonym für die spezielle Geometrie dieser Zelle unabhängig vom verwendeten Material.

Nach der Entwicklung und Optimierung eines Herstellungsprozesses für bifaciale POWER-Zellen wurde dieser auch auf multikristallines Silizium angewendet. Die betreffenden Resultate werden in der Zusammenfassung des Kapitels 3 vorgestellt.

2 Unter der Bifacialität einer Solarzelle versteht man deren Fähigkeit, von beiden Seiten auf die Zelle auftreffen- des Licht zu nutzen und in elektrische Energie umzuwandeln.

1.1 DIE FAMILIE DER POWER-SOLARZELLEN 9 Die Texturierung der Oberfläche und die daraus resultierenden Löcher führen zu mehreren, allen POWER-Zellvarianten eigenen Eigenschaften:

a) Semitransparenz

Ihre optische Semitransparenz unterscheidet POWER-Zellen von allen anderen, waferbasier- ten Solarzellen.

Diese außergewöhnliche Eigenschaft eröffnet der POWER-Zelle neue, der Photovoltaik zuvor verschlossene Märkte. Insbesondere bei architektonischen Anwendungen, z.B. Solarfassaden, erweckt die POWER-Zelle als ästhetisch hochwertiges und gleichzeitig ökologisches Produkt reges Interesse. Marktanalysen der Firma sunways AG aus dem Jahre 1997 ergaben ein ge- schätztes Marktvolumen für semitransparente Solarzellen von mehreren Megawattpeak pro Jahr allein in Deutschland.

Durch die Anzahl der Schnitte, ihre Form sowie ihre Breite kann die Transmittanz³ zwischen T = 0 – 20% variiert werden.

b) Verminderte Reflexion

Die mechanische Strukturierung der Zelloberfläche führt zu einer verminderten Reflexion der einfallenden Sonnenstrahlung. Bei der Verwendung einer V-Textur kann die Reflexion einer Siliziumoberfläche von 36% auf unter 10% reduziert werden [Willeke92].

Abbildung 1.1: Auf dem Konzept der POWER-Zelle basierende Zellvarianten.

3 Unter der Transmittanz T wird stets die über die gesamte Zellfläche gemittelte Transmittanz verstanden, d.h.

undurchsichtige Regionen wie der Zellrand oder die Busbars werden mit eingerechnet. Die Transmittanz wird also als Verhältnis von Löcherfläche zur gesamten Zellfläche definiert.

KAPITEL 1 DAS KONZEPT DER POWER-SOLARZELLE

10

c) Erhöhte Einsammelwahrscheinlichkeit

Bei konventionellen, flachen Zellen müssen erzeugte Ladungsträger zum Teil durch die ge- samte Zelle hindurch bis zum, auf der Frontseite befindlichen Emitter diffundieren, um dort eingesammelt werden zu können. Im Gegensatz dazu sind die Distanzen bis zum nächstlie- genden pn-Übergang bei POWER-Zellen aufgrund der makroskopischen Textur deutlich ver- ringert. Dies führt besonders im Falle von multikristallinem oder bandgezogenen Silizium, bei dem die Minoritätsladungsträgerdiffusionslänge kleiner als die Zelldicke ist, zu einer erhöh- ten Einsammelwahrscheinlichkeit und damit zu einem gesteigerten Kurzschlußstrom.

Bei der Charakterisierung von POWER-Zellen (Kapitel 3) wird sich herausstellen, daß dieser Stromgewinn den durch die Semitransparenz bedingten Stromverlust vollständig ausgleichen kann.

d) Gesteigertes Light-Trapping

Da Silizium als indirekter Halbleiter im langwelligen Spektralbereich eine geringe Absorption aufweist, ist es wichtig, daß eingekoppeltes Licht möglichst lange Wege innerhalb der Zelle zurücklegt, bevor es wieder über eine der Oberflächen austritt. Bei der Geometrie der PO- WER-Zelle mit ihren rechtwinklig verlaufenden V-Gräben auf Front- und Rückseite, entsteht aufgrund von Totalreflexionen an den schrägen Oberflächen, ein sehr gutes, sogenanntes Light-Trapping.

Die letzten drei der genannten Eigenschaften ergeben sich bei allen makroskopisch texturier- ten Solarzellen. Für den Fall einer V-Textur wurden sie in [Zechner99] sowohl experimentell als auch numerisch untersucht.

Je nach Geometrie des Emitters und Anordnung der Metallkontakte unterscheidet man die in Abbildung 1.1 dargestellten Formen der POWER-Zelle. Nachfolgend werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Varianten beschrieben. Besonders im Fall der in dieser Arbeit unter- suchten, bifacialen POWER-Zelle soll dabei nicht nur auf konzeptionelle, sondern auch auf einige technologische Aspekte eingegangen werden. Eine detaillierte Beschreibung der Her- stellung und Charakterisierung folgt in Kapitel 2 & 3.

1.1.1 Die bifaciale POWER-Zelle

Die bifaciale POWER-Zelle zeichnet sich dadurch aus, daß sich auf der gesamten Zellober- fläche mit Ausnahme der, für die Kontaktierung der Basis notwendigen Rückkontaktstege, ein Emitter befindet. Dadurch ist diese Zelle in der Lage, sowohl von vorne als auch von hinten auftreffendes Licht zur Stromerzeugung zu nutzen. Die Löcher in der Zelle müssen in diesem Fall noch eine weitere Aufgabe erfüllen. Durch sie ist der rückseitige mit dem frontseitigen Emitter elektrisch verbunden.

Einen Hauptvorteil der bifacialen POWER-Zelle stellt neben deren Fähigkeit, Licht beidseitig einzukoppeln, ihre stark erhöhte Einsammelwahrscheinlichkeit der generierten Ladungsträger dar. Nicht nur Front- und Rückseite sondern auch die vertikalen Bereiche der Gräben sind mit einem Emitter bedeckt, so daß erzeugte Ladungsträger selten mehr als 100µm diffundie- ren müssen, bevor sie von einem pn-Übergang getrennt werden. Dadurch eignet sich dieser Zelltyp hervorragend für qualitativ schlechteres und damit auch kostengünstigeres, multikri- stallines oder bandgezogenes Silizium.

1.1 DIE FAMILIE DER POWER-SOLARZELLEN 11 Abbildung 1.2 zeigt schematisch den Aufbau der in dieser Arbeit vorzustellenden, bifacialen POWER-Zelle. Aufgrund der Vorgabe, einen industriell einsetzbaren Herstellungsprozeß zu entwickeln, mußten an der Grundidee einige Modifikationen bezüglich der Geometrie und der Kontaktierung vorgenommen werden. Für den industriellen Einsatz ist neben dem erzielten Wirkungsgrad vor allem die Robustheit des Prozesses ausschlaggebend. Bruch- und sonstige Verlustraten sowie die Streuung um einen mittleren Wirkungsgrad herum sollten möglichst gering sein. Gleichzeitig muß bei der POWER-Zelle als potentieller Bestandteil einer Archi- tektur auch dem ästhetischen Erscheinungsbild Rechnung getragen werden.

Vom ursprünglichen Konzept der POWER-Zelle abweichend, werden statt der für Reflexion und Light-Trapping vorteilhaften V-Gräben, rechtwinklige Gräben eingebracht. Bei V- Gräben führen leichte Variationen in der Zelldicke zu einem unterschiedlich starken Überlap- pen der front- und rückseitigen Gräben. Da Dickeschwankungen von bis zu 30µm bei der Waferherstellung kaum zu vermeiden sind, kommt es aufgrund der verschieden großen Lö- cher zu einer lokal differierenden Transmittanz. Dies steht mit dem ästhetischen Anspruch der POWER-Zelle nicht in Einklang. Deshalb wurde zu rechtwinkligen Gräben übergegangen.

Gleichzeitig können mit rechtwinkligen Gräben größere Löcher erzeugt werden. Um eine gewünschte Transmittanz zu erhalten, müssen weniger Löcher gesägt werden. Dies verein- facht den Sägeprozeß und vermindert das Bruchrisiko.

Zur Kontaktierung von POWER-Zellen steht industriell einsetzbar derzeit nur die Siebdruck- metallisierung zur Verfügung⁴. Die 100 – 300µm breiten Kontakte werden auf Stege ge- druckt. Dabei muß insbesondere bei den Rückkontakten auf eine sehr akkurate Justierung geachtet werden. Ein über den Rand eines Rückkontaktsteges hinausreichender Kontakt be- rührt den rückseitigen Emitter und führt damit unweigerlich zu einem Kurzschluß.

SiN-ARC frontseitiger Emitter

Frontkontakt rückseitiger

Emitter

Rückkontakt Rückkontaktsteg

n⁺ p freiliegender

pn-Übergang Abbildung 1.2: Schema der in dieser Arbeit vor- gestellten, bifacialen POWER-Zelle (von der Rückseite betrachtet).

Aus technologischen Gründen wurde zu rechtwinkligen Gräben übergegangen. Die Ver- größerung zeigt einen der, die Charakteristik dieses Zelltyps stark beeinflussenden, freilie- genden pn-Übergänge.

4 Die für höchste Wirkungsgrade entwickelte buried contact Metallisierung [Green88] bietet sich genauso wie photolithographische Methoden aufgrund ihrer komplexeren, kostenintensiveren Prozeßsequenz für POWER- Zellen (bei denen die Kontaktierung nicht den bzgl. des Wirkungsgrades hauptsächlich limitierenden Faktor darstellt) nicht an. Die derzeit in der Entwicklung befindliche Rollendruckmetallisierung [Huster00] stellt hin- gegen eine für POWER-Zellen sehr interessante alternative Art der Kontaktierung dar. Sie ist speziell auf die Metallisierung makroskopisch texturierter Solarzellen ausgelegt und liefert im Labormaßstab schon sehr beacht- liche Ergebnisse.

KAPITEL 1 DAS KONZEPT DER POWER-SOLARZELLE

12

In Abbildung 1.2 ist eine wichtige Eigenschaft von POWER-Zellen vergrößert dargestellt: der freiliegende pn-Übergang. Während bei konventionellen Solarzellen die Raumladungszone nur an den Kanten der Zelle an die Oberfläche stößt, tritt dies bei bifacialen POWER-Zellen beidseitig von jedem Rückkontaktfinger auf. Wie in den späteren Kapiteln eingehend darge- legt werden wird, besitzt dieser stark verlängerte, freiliegende pn-Übergang einen erheblichen Einfluß auf die IV-Charakteristik von POWER-Zellen.

1.1.2 Die monofaciale POWER-Zelle

Die monofaciale POWER-Zelle verzichtet auf einen rückseitigen Emitter. Einbußen im Wir- kungsgrad werden durch eine vereinfachte Herstellungssequenz gerechtfertigt.

Eine detaillierte Beschreibung der Herstellung und Charakterisierung monofacialer POWER- Zellen findet sich bei [Boueke00].

Der Wegfall des Emitters auf der Rückseite verringert die Einsammelwahrscheinlichkeit und damit die Kurzschlußstromdichte JSC. Im Vergleich zu bifacialen POWER-Zellen ist JSC um bis zu 15% geringer (24,1 – 26,0mA/cm² [Boueke00] statt 26,8 – 27,7mA/cm² , Transmittanz jeweils auf T = 20% normiert).

Bei monofacialen POWER-Zellen werden weite Bereiche der rückseitigen Oberfläche nicht passiviert, was dort eine erhöhte Rekombination bewirkt. Insbesondere die Regionen der frei- liegenden pn-Übergänge werden nicht geschützt, was sich besonders negativ auf den Füll- faktor FF und die offene Klemmspannung VOC auswirkt (vgl. dazu Kapitel 4). VOC liegt um durchschnittlich 15 – 20mV unterhalb der von bifacialen POWER-Zellen erreichten Werte (563 – 575mV [Boueke00] statt 577 – 598mV, bezogen auf Silizium mit ρ = 1Ωcm).

Ein wichtiger Vorteil monofacialer POWER-Zellen ist ihre einfachere Herstellung.

Die elektrische Isolation von Emitter- und Basiskontaktierung erfolgt automatisch bei der Texturierung der Zellrückseite und erfordert keine zusätzlichen Prozeßschritte.

Des weiteren gestaltet sich die Kontaktierung der Basis weniger kritisch. Während bei bifa- cialen Zellen die zu kontaktierenden Rückkontaktstege nur wenig breiter als der Kontakt selbst sind und damit eine präzise Justierung während des Siebdruckes nötig ist, führt bei monofacialen Zellen eine geringfügige Fehljustierung nicht direkt zum Kurzschluß der Zelle.

Aufgrund ihres unkritischeren Herstellungsprozesses wurden monofaciale POWER-Zellen als erste vom Labor- in den industriellen Maßstab überführt. Sie werden seit 1999 von der Firma sunways AG (Konstanz) produziert.

In dieser Studie wird gezeigt, daß bifaciale Zellen vom Konzept her ein höheres Wirkungs- gradpotential besitzen und dieses schon durch einen nur geringfügig komplexeren Prozeß ausschöpfen können.

1.1.3 Die Rückkontakt-POWER-Zelle

Bei der Rückkontakt-POWER-Zelle sind sowohl Basis- als auch Emitterkontakt auf der Rückseite der Zelle positioniert. Ähnlich wie bei der bifacialen POWER-Zelle dienen die Lö- cher auch hier zur elektrischen Verbindung des frontseitigen Emitters zum rückseitigen Emitterkontakt.

1.1 DIE FAMILIE DER POWER-SOLARZELLEN 13 Die Verlegung des Emitterkontaktes auf die Zellrückseite bewirkt zwei deutliche Vorteile dieses Zellkonzeptes. Zum einen werden Abschattungsverluste durch das Kontaktgrid auf der Frontseite vermieden, wodurch sich eine Stromsteigerung von mehreren Prozent erzielen läßt.

Zum anderen wird dadurch, daß beide Kontakte auf der gleichen Seite liegen, die Verschal- tung im Modul wesentlich vereinfacht , wodurch eine Kostenreduktion von bis zu 20% er- reicht werden kann [Gee97].

Die Rückkontakt-POWER-Zelle wird derzeit von A.Kress an der Universität Konstanz unter- sucht. Ergebnisse bezüglich der Entwicklung und Charakterisierung dieses Zelltyps finden sich in [Kress97], [Kress99].

1.2 Vergleich mit verwandten Zellkonzepten

1.2.1 Zellkonzepte mit Semitransparenz

Viele Siliziumdünnschicht-Solarzellen besitzen eine gewisse Semitransparenz aufgrund der schlechten Absorption von Silizium im langwelligen Spektralbereich. Da aufgrund dieses meist unbeabsichtigten Effektes nur rotes Licht transmittiert wird, sind diese Zellen für die meisten, die Semitransmittanz nutzenden Anwendungen ungeeignet.

Die einzigen bisher bekannten Solarzellen, die einen Teil des auftreffenden Lichtes wellen- längenunabhängig durchlassen, werden von Sanyo [Takeoka93] und ASE Photonics [ASE99]

hergestellt. Diese sogenannten „see-through“ Solarzellen basieren auf dünnen Schichten amorphen Siliziums, in die durch chemisches Ätzen oder mit dem Laser Löcher⁵ eingebracht wurden. Es kann eine sehr hohe Transmittanz von über 50% eingestellt werden. Leider errei- chen diese Zellen nur bescheidene Wirkungsgrade von 1 – 4%. Die in dieser Studie vorge- stellten semitransparenten POWER-Zellen können hingegen mit Wirkungsgraden von mehr als 12% aufwarten.

1.2.2 Zellkonzepte für bifaciale Solarzellen

Bifaciale Solarzellen liefern bei gleicher Sonneneinstrahlung einen wesentlich höheren Lei- stungsertrag. Je nach Art der Montage (Winkel zur Sonne und zum Hintergrund), Eigen- schaften des eingestrahlten Lichtes (direkte oder diffuse Strahlung) und Beschaffenheit der Umgebung (mehr oder weniger stark reflektierende Hintergründe) kann im Vergleich zu monofacialen Zellen eine Steigerung der Energieausbeute von 21 – 37% [Chieng93], anderen Berechnungen zufolge sogar bis zu 59% [Luque84], erzielt werden. Dabei wirkt sich die Bi- facialität bei stark reflektierenden Hintergründen wie Schnee oder Wüstensand besonders positiv aus.

Die Anwendungen bifacialer Zellen sind vielfältig und reichen von speziellen, terrestrischen Einsatzgebieten (z.B. Schallschutzmauern [Nordmann95]) über Konzentratoranwendungen (z.B. Solardachziegel mit integrierten, statischen Konzentratoren [Bowden93]) bis hin zu Weltraumapplikationen.

5 Ein kurzer Überblick über andere Zellkonzepte mit Löchern, bei denen diese aber nur zur Wirkungsgradsteige- rung dienen, findet sich in [Boueke00, S.13]

KAPITEL 1 DAS KONZEPT DER POWER-SOLARZELLE

14

Bei den meisten Konzepten bifacialer Solarzellen werden höchste Wirkungsgrade anvisiert.

Rekordwirkungsgrade von 20,1% auf der Frontseite und 17,2% auf der Rückseite [Hüb- ner97/1] bzw. bei etwas geringerer Bifacialität⁶ von 21,9% auf der Front- und 13,9% auf der Rückseite [Zhou97] werden berichtet. Diese Zellen besitzen nur auf einer Seite einen la- dungsträgersammelnden pn-Übergang, zu dem die generierten Ladungsträger durch die ge- samte Zelle hindurch hindiffundieren müssen. Sie werden daher auf hochwertigem Fz- Silizium mit sehr großen Minoritätsladungsträgerdiffusionslängen und einer ausgezeichneten Oberflächenpassivierung, meist thermisches Oxid, hergestellt. An diesen Zellen lassen sich die grundlegenden Eigenschaften bifacialer Zellen wie deren temperaturabhängiges Verhalten [Hübner97/2] oder den Einfluß unterschiedlicher Basisdotierungen [Moehlecke95] studieren.

Für die meisten Anwendungen sind diese Zellen aufgrund der hochwertigen Substrate und der aufwendigen Prozessierung zu teuer. Sie werden deshalb einzig von der Firma Sunpower (Kalifornien) in kleinen Stückzahlen für Spezialanwendungen produziert.

Um bifaciale Zellen auch auf kostengünstigem Silizium mit Diffusionslängen kürzer als die Zelldicke realisieren zu können, müssen beide Zellseiten mit einem Emitter versehen werden.

Diesen Weg geht zum Beispiel [Warabisako92], indem er zusätzlich zur Frontseite auch Teile der Rückseite mit Emitter bedeckt und mit einem separaten Grid kontaktiert. Mit dieser Tri- odenstruktur ergeben sich auf multikristallinem Silizium beachtliche Wirkungsgrade von bis zu 16,8%. Allerdings ist die Abschattung durch die zwei Grids auf der Rückseite sehr hoch, so daß der Wirkungsgrad von dieser Seite nur sehr klein (≈ 2%) ist.

Auch die in [Gee93] vorgeschlagene EWT-Solarzelle [Emitter Wrap Through] kann in einer bifacialen Variante hergestellt werden. Bei diesem Konzept wird der frontseitige Emitter durch lasergebohrte Löcher in der Zelle mit dem rückseitigen, dort kontaktierten Emitter ver- bunden.

Die im folgenden näher vorzustellende, bifaciale POWER-Zelle verbindet die beiden außer- gewöhnlichen Eigenschaften, Semitransparenz und Bifacialität, in einem industriell umsetz- baren Konzept.

6 Der Begriff der „Bifacialität“ bezieht sich auf das Verhältnis von frontseitigem zu rückseitigem Wirkungsgrad.

Er wird auf S. 46 definiert.

2.1 INDUSTRIENAHE PROZEßSCHRITTE ZUR FERTIGUNG VON SILIZIUMSOLARZELLEN 15

Kapitel 2

2 Herstellung von bifacialen POWER-Solarzellen

Das vorliegende Kapitel stellt Prozeßabläufe zur Herstellung bifacialer POWER-Solarzellen vor, die innerhalb dieser Arbeit entwickelt wurden.

Dazu werden einleitend die Schritte erläutert, die nötig sind, um aus einem Siliziumwafer eine Solarzelle herzustellen. Da bei der Entwicklung der vorgestellten Prozesse stets auf die indu- strielle Umsetzbarkeit geachtet wurde, werden nur solche Herstellungsmethoden beschrieben, die schon heute in der industriellen Solarzellenfertigung zum Einsatz kommen bzw. die zur Zeit für diesen Einsatz entwickelt werden. Diese Methoden werden auf ihre Eignung für die Herstellung von POWER-Zellen hin untersucht und bewertet.

In Kapitel 2.2 werden die im Rahmen dieser Dissertation entwickelten Herstellungssequenzen für bifaciale POWER-Zellen vorgestellt. Drei unterschiedliche Methoden führen zu Wir- kungsgraden von 11,9 – 12,4%. Die einzelnen Prozeßsequenzen werden detailliert darge- stellt⁷, auftretende physikalische wie auch technologische Probleme erörtert. Anschließend an die in Kapitel 3 vorgestellte eingehende Charakterisierung der verschiedenartig hergestellten Zellen, werden deren jeweilige Vor- und Nachteile verglichen.

2.1 Industrienahe Prozeßschritte zur Fertigung von Siliziumsolarzellen

Im Folgenden werden die einzelnen Prozeßschritte erklärt, die in den in Kapitel 2.2 beschrie- benen Herstellungssequenzen für bifaciale POWER-Zellen zum Einsatz kommen. Dabei wird jeweils das Herstellungs- und Wirkungsprinzip nur knapp erläutert, für Details wird auf die angegebenen Quellen verwiesen. Anschließend wird auf Besonderheiten dieser Schritte bei der Herstellung von POWER-Solarzellen eingegangen.

2.1.1 Mechanische Oberflächentexturierung

Die Geometrie der POWER-Zelle ist das Resultat einer extremen Form der mechanischen Oberflächentexturierung, die ursprünglich zur Strukturierung multikristallinen Siliziums ent- wickelt wurde.

Bevor auf deren technische Realisierung eingegangen wird, folgt zunächst eine Darstellung der Vorteile der Oberflächentexturierung.

7 Aufgrund von Kooperationen mit Industriepartnern und deren Interesse an der Geheimhaltung spezieller Pro- zeßdaten können teilweise keine präzisen Prozeßparameter vorgestellt werden. Auch bei der Erörterung einiger technologischer Probleme mußte auf letzte Details verzichtet werden.

KAPITEL 2 HERSTELLUNG VON BIFACIALEN POWER-SOLARZELLEN

16

Im Vergleich zu flachen Zellen bieten Zellen, deren Oberfläche mit V-Gräben texturiert wur- de, mehrere Vorteile⁸. Die Reflexion reduziert sich, da reflektiertes Licht erneut auf die Zelle trifft und sich damit die Chance der Einkopplung erhöht [Nussbaumer92], [Fath94/1]. Da das Licht von der senkrechten Einfallsrichtung weg gebrochen wird, erhöht sich der optische Weg des Lichtes innerhalb der Solarzelle (sogenanntes „light-trapping“, unterstützt durch Totalre- flexionen an der Zellrückseite) und erhöht damit die Absorption im infraroten Spektralbe- reich. Im Falle einer makroskopischen Texturierung verringert sich zudem der Weg vom Bulk⁹ hin zum an der Oberfläche liegenden Emitter. Damit können insbesondere in Material mit kurzen Diffusionslängen die Ladungsträger effizienter eingesammelt werden.

Bei POWER-Zellen kommt mit der optischen Semitransparenz ein neuer Aspekt der Oberflä- chentexturierung hinzu. Die Tatsache, daß bei diesem Zelltyp sehr viele, tiefe Gräben einge- bracht werden müssen (bis zu 50% des Wafermaterials werden abgetragen) erfordert eine zugleich schnelle und präzise, wie auch kostengünstige Art der Oberflächenstrukturierung.

Teure photolithographische Methoden, wie sie zur Texturierung von hocheffizienten Solar- zellen häufig eingesetzt werden, oder energie- und zeitintensive Verfahren wie das, z.B. bei buried-contact Solarzellen [Green88] eingesetzte Laser-Abtragen sind für die industrielle Fertigung von POWER-Zellen nicht vorstellbar.

Damit wird die mechanische Oberflächenstrukturierung zur Schlüsseltechnologie für die Her- stellung von POWER-Zellen und soll im folgenden vorgestellt werden. Weitergehende In- formationen zur Entwicklung und dem aktuellen Stand dieser Technologie finden sich u.a. bei [Fath98], [Boueke00], [Gerhards00] und [Gerhards01].

Erste Untersuchungen zur mechanischen Strukturierung von Siliziumwafern wurden schon 1990 [Nunoi90] vorgestellt. An der Universität Konstanz wurde dieses Verfahren weiter un- tersucht und verbessert [Willeke92], [Fath94/1]. Derzeit werden Maschinen entwickelt, die einen ökonomischen, industriellen Einsatz der mechanischen Oberflächentexturierung erlau- ben [Gerhards00].

Abbildung 2.1: Hochpräzisionssäge, die zur Texturierung der POWER- Zellen verwendet wurde.

8 Eine kurze Zusammenfassung der Vorteile der Oberflächentexturierung findet sich auch bei [Fath94/1]

9 Unter dem Bulk wird im folgenden das Kristallvolumen verstanden.

2.1 INDUSTRIENAHE PROZEßSCHRITTE ZUR FERTIGUNG VON SILIZIUMSOLARZELLEN 17 Für die Strukturierung der in dieser Arbeit vorgestellten POWER-Zellen wurden konventio- nelle Hochpräzisionssägen verwendet. Abbildung 2.1 zeigt ein Foto einer solchen Säge. Mit schnellrotierenden Hochfrequenzspindeln ausgerüstet, erlauben sie Drehzahlen bis zu 40000 U/min. Diese hohen Drehzahlen sind nötig, um bei den großen Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 100mm/s die auf den Wafer wirkenden Kräfte gering zu halten. Die Positionierge- nauigkeit wird vom Hersteller in allen drei Raumrichtungen mit 0,5µm angegeben. Während des Sägevorganges wird über eine Düse Wasser auf den Wafer gesprüht, das gleichzeitig den Sägestaub wegspült und das Sägeblatt kühlt.

Besondere Anforderungen werden an die Vakuumansaugung, mit der der Wafer auf dem Auflagetisch („Chuck“) gehalten wird, gestellt (vgl. [Boueke00], S.22). Wegen der Löcher kann bei POWER-Zellen das Vakuum nur in den nicht-texturierten Rand- und Busbarberei- chen angreifen. Trotzdem muß der Wafer zuverlässig gehalten werden, da ein Verrutschen nicht nur den Wafer sondern auch das teure Werkzeug selbst beschädigen kann.

Die im Rahmen dieser Arbeit hergestellten POWER-Zellen wurden meist mit einem einzel- nen Sägeblatt strukturiert. Dies erlaubt eine hohe Flexibilität für die Geometrie der Zelle, d.h.

Abstand und Tiefe der gesägten Gräben können einfach variiert werden. Während der Ent- wicklung des Herstellungsprozesses wurde diese Geometrie mehrfach modifiziert.

Der Einzelblattbetrieb eignet sich wegen der langen Strukturierungsdauer (10 – 60min/wafer) nicht für den industriellen Einsatz. Zu diesem Zweck wurde das Multiblattverfahren entwik- kelt¹⁰. Auf einen breiten Flansch werden, durch Abstandsscheiben voneinander getrennt, meh- rere Sägeblätter montiert (vgl. Abbildung 2.2). Im Prinzip kann ein Flansch mit genügend Sägeblättern bestückt werden, so daß ein Wafer in einem einzigen Durchgang komplett strukturiert werden kann. Gleichzeitig bleibt die Flexibilität bzgl. der gesägten Geometrie erhalten und defekte Sägeblätter können einzeln ausgewechselt werden. Leider sind die Ko- sten für die Sägeblätter und Abstandsscheiben, an die beide sehr hohe Anforderungen bezüg- lich einer homogenen Dicke gestellt werden, sehr hoch, so daß dieses Verfahren für den indu- striellen Einsatz zu teuer wird.

Abbildung 2.2: Multiflansch mit elf mon- tierten Sägeblättern zur schnelleren Struktu- rierung

Abbildung 2.3: Strukturierungswalze zur Oberflächentexturierung im Industriemaß- stab.

10 Die Entwicklung des Multiblatt- und des Walzenstrukturierungsverfahrens wurde hauptsächlich von Chri- stoph Marckmann, Ansgar Fischer und Christoph Gerhards durchgeführt.

KAPITEL 2 HERSTELLUNG VON BIFACIALEN POWER-SOLARZELLEN

18

Deshalb wurde ein neues Werkzeug, die profilierte Strukturierungswalze (Abbildung 2.3), entwickelt. In einen Metallgrundkörper wird die gewünschte Sägegeometrie mittels feinme- chanischer Methoden übertragen. Auf diesen wird dann die eigentliche Abriebschicht, beste- hend aus in eine Nickelmatrix eingebetteten Diamandkörnern, galvanisch aufgebracht. Die Abriebschicht hat in Untersuchungen [Fath98] eine hohe Haltbarkeit bewiesen und kann bis zu fünf mal neu aufgetragen werden.

Dieses Werkzeug erlaubt erstmals die mechanische Oberflächenstrukturierung im industriel- len Maßstab [Fath00] und wird derzeit für die industrielle Produktion monofacialer POWER- Zellen eingesetzt.

2.1.2 Ätz- und Reinigungsprozeduren

Sowohl das Zertrennen eines Siliziumkristalls in einzelne Wafer wie auch die mechanische Texturierung erzeugen innerhalb einer oberflächennahen Region eine Schicht, den sogenann- ten Sägeschaden, in der Versetzungen und andere Defekte elektronisch aktive Störstellen bil- den. Diese reduzieren über Shockley-Read-Hall-Rekombination die Lebensdauer der Minori- tätsladungsträger, was gerade in diesem Bereich, in dem sich später der pn-Übergang befin- den wird, sehr negativ auf die Zellcharakteristik wirkt (vgl. Kap. 4.3, S. 78 ff). Sie müssen vor der Weiterprozessierung der Wafer vollständig entfernt werden.

Untersuchungen an der Universität Konstanz ergaben, daß der durch die mechanische Ober- flächentexturierung induzierte Schaden etwa 3µm tief reicht [Fath94/2].

In der Regel wird der Sägeschaden in einer alkalischen Lösung, z.B. etwa 20%iger NaOH oder KOH, abgeätzt. Da diese Lösungen in verschiedenen Kristallrichtungen unterschiedlich schnell ätzen, werden einzelne Kristallite in multikristallinem Material stärker geätzt als ande- re. Deshalb kommt es zur Stufenbildung, was bei der Metallisierung zu Schwierigkeiten füh- ren kann. Dies läßt sich durch den Einsatz isotrop ätzender, saurer Ätzlösungen, z.B. einer Mischung aus Flußsäure (HF, 50%), Salpetersäure (HNO3, 65%) und Essigsäure (CH3COOH, 100%) im Volumenverhältnis 3:43:7, verhindern.

Während Hochtemperaturschritten wie der Phosphordiffusion bei 800-1000°C können metal- lische Verunreinigungen weit in den Bulk hinein diffundieren und dort als elektronische Stör- stellen wirken. Deshalb müssen die Wafer vor diesen Prozessen gründlichst gereinigt werden.

Dies geschieht im Labormaßstab mit Hilfe der IMEC-Reinigungssequenz [Meuris92]. Die Siliziumoberfläche wird in einer Lösung aus H2O2 und H2SO4 etwa 3nm aufoxidiert. Dieses Oxid wird anschließend in Flußsäure abgeätzt, wobei sich metallische Verunreinigungen in der HF lösen.

In der industriellen Fertigung werden das Ätzen des Sägeschadens und die Waferreinigung in einer einzigen, kurzen Prozeßsequenz ausgeführt. Zuerst wird der Sägeschaden in einer alka- lischen Lösung entfernt. In einem zweiten Schritt neutralisiert eine Salzsäurelösung die Wa- feroberfläche, wobei die Chlorionen gleichzeitig reinigend wirken, da sie mit etwaigen Me- tallatomen lösliche Salze bilden. Abschließend werden restliche Verunreinigungen in einer Flußsäurelösung entfernt.

2.1 INDUSTRIENAHE PROZEßSCHRITTE ZUR FERTIGUNG VON SILIZIUMSOLARZELLEN 19 2.1.3 Phosphordiffusion

Zur räumlichen Trennung der durch Photonen erzeugten Ladungsträgerpaare in einer Solar- zelle wird ein pn-Übergang benötigt. Dieser wird bei Siliziumsolarzellen in der Regel durch Eindiffusion von Dotieratomen erzeugt.

Wegen der höheren Beweglichkeit der Elektronen gegenüber den Löchern in Silizium ver- wendet man als Ausgangsmaterial, welches später auch den Absorber der Solarzelle bildet, meist schwach (ca. NA ≈ 1x10¹⁶cm^-3 Ö spezifischer Widerstand ρ = 0,5 – 2Ωcm) mit che- misch dreiwertigem Bor p-dotiertes Silizium. Bor besitzt in Silizium einen kleinen Segregati- onskoeffizienten, so daß die p-Dotierung sehr homogen ist. In dieses Ausgangsmaterial wird chemisch fünfwertiges Phosphor zur n-Dotierung eindiffundiert und somit ein pn-Übergang gebildet.

Die Phosphordiffusion kann technologisch unterschiedlich realisiert sein. Für die Herstellung der im folgenden vorgestellten POWER-Zellen wurde sie in einem Diffusionsofen („Gaspha- sendiffusion“) durchgeführt. Dabei wird ein Trägergas durch flüssiges POCl3 geführt und in das 800-950°C heiße Quarzrohr des Ofens geleitet. Das POCl3 verbindet sich mit dem zu- sätzlich eingeleiteten Sauerstoff zu Phosphorpentoxid (4 POCl3 + 3 O2 Ö 2 P2O5 + 6 Cl2) , das mit der Siliziumoberfläche zu einem Phosphorsilikatglas (SiO2:P) reagiert. Dieses dient dann als Diffusionsquelle. Das ebenfalls freiwerdende Chlor ist für seine reinigende Wirkung in der Halbleitertechnologie bekannt [Ronen72], denn Chlor bildet mit vielen metallischen Verunreinigungen flüchtige Verbindungen. Die resultierende Phosphorkonzentration an der Waferoberfläche hängt hauptsächlich von der Diffusionstemperatur ab. Die Eindringtiefe und damit die Dicke des Emitters läßt sich durch die Temperatur und Dauer der Diffusion steuern.

Für die Herstellung der vorzustellenden POWER-Zellen wurde die Diffusionstemperatur und –dauer so gewählt, daß sich ein Emitter mit einem Schichtwiderstand von 28 – 35Ω/sqr und einer hohen Dotierungskonzentration ND > 10²⁰cm^-3 an der Oberfläche ergibt. Diese starke Dotierung ist nötig, um einerseits hohe Kontaktwiderstände mit den im Siebdruckverfahren aufgebrachten Emitterkontakten zu vermeiden und andererseits die Shuntbildung beim Feu- ern der Kontakte zu verhindern (vgl. dazu auch Kapitel 2.1.5). Sie führt jedoch zu einer redu- zierten Quantenausbeute im kurzwelligen Spektralbereich und vermindert damit den photoge- nerierten Strom der Zellen¹¹.

Die Gasphasendiffusion bietet für die Herstellung von bifacialen Zellen den Vorteil, daß der Emitter direkt auf beiden Seiten der Zelle eindiffundiert wird. Um eine Kontaktierung der Basis zu ermöglichen, müssen dabei Bereiche vor der Diffusion geschützt oder nachträglich der Emitter wieder lokal entfernt werden.

Einen insbesondere für multikristalline POWER-Zellen sehr willkommenen Nebeneffekt der starken Phosphordiffusion bildet deren Getterwirkung. Unter Gettern versteht man in der Halbleitertechnologie das Entfernen von (meist metallischen) Verunreinigungen aus dem ak- tiven Bereich eines Bauelements, durch das vor allem in qualitativ minderwertigem Silizium die Diffusionslänge drastisch gesteigert werden kann [Narayanan86].

11 Eine Studie zum Einfluß der Emitterdotierung auf die Zellcharakteristik findet sich z.B. in [Kühn97], Kap.4.3

KAPITEL 2 HERSTELLUNG VON BIFACIALEN POWER-SOLARZELLEN

20

2.1.4 Siliziumnitrid-Abscheidung

Siliziumnitrid besitzt mehrere, für die Herstellung von POWER-Zellen sehr wichtige Eigen- schaften:

i) Antireflexschicht (ARC)

In der richtigen Dicke d = λ0/4n1 ≈ 70nm (λ0 ist die Wellenlänge, bei der die Reflexion mini- mal sein soll, n1 ist der Brechungsindex von SiN) abgeschieden, wirkt Siliziumnitrid als her- vorragende Antireflexschicht. Die Gesamtreflexion des Siliziumwafers kann dadurch von 36% auf unter 10% gesenkt werden (vgl. z.B. [Green82]).

Um eine optimale Antireflexwirkung zu erreichen, sollte die Dicke der ARC über alle Berei- che der Zelle homogen sein. Diese Anforderung kann, wie später dargestellt wird, bei stark strukturierten Oberflächen je nach Methode der Abscheidung nicht erfüllt sein.

ii) Oberflächen- und Bulkpassivierung

Siliziumnitrid weist eine sehr gute Passivierung der Oberfläche auf (vgl. z.B. [Aberle99]).

Dies ist bei POWER-Zellen besonders wichtig, da ihre Oberfläche im Vergleich zu flachen Zellen aufgrund der makroskopischen Texturierung um den Faktor 2 – 3 vergrößert ist.

PECVD-Nitrid kann wegen dessen hohen Wasserstoffgehaltes von 15 – 20at% [Spiegel95]

zusätzlich auch zur Passivierung des Bulks verwendet werden [Michiels90].

iii) Diffusionsbarriere

Wegen des sehr kleinen Diffusionskoeffizienten von Phosphor in Siliziumnitrid, kann dieses als Diffusionsbarriere benutzt werden. Es wird bei der Herstellung von bifacialen POWER- Zellen dafür eingesetzt, um die Bereiche der Rückkontaktstege vor einer Diffusion zu schüt- zen.

Für die Herstellung der bifacialen POWER-Zellen wurde sowohl PECVD- (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) als auch LPCVD-Siliziumnitrid (Low Pressure CVD) verwen- det. Da sich die in Kapitel 2.2 vorgestellten Herstellungssequenzen 1 und 2 vor allem in der Art der Nitridabscheidung unterscheiden, sollen beide Techniken hier kurz vorgestellt wer- den.

PECVD-Nitrid

Kern eines Plasmareaktors¹² zur Abscheidung von PECVD-Siliziumnitrid sind zwei Elektro- den, zwischen denen mittels eines Generators ein Plasma, bestehend aus einem Gasgemisch aus Silan (SiH4) und wahlweise Stickstoff (N2), Ammoniak (NH3) und Stickstoffdioxid (NO2) unterhalten wird. Das Plasma liefert einen Teil der Anregungsenergie der chemischen Reak- tionen (vgl. Tabelle 2.1), wodurch die Prozeßtemperaturen auf unter 400°C reduziert werden können. Die genauen Reaktionsprodukte hängen stark von den gewählten Prozeßparametern bei der Abscheidung ab. Einstellbar sind die Flüsse der verschiedenen Prozeßgase, der Re-

12 Der verwendete Reaktor generiert das Plasma bei niedrigen Frequenzen (50 kHz). Dadurch kommt es durch ein erhöhtes Ionenbombardement zu einem oberflächlichen Plasmaschaden. Die in Kapitel 2.2.1.3, S. 29 vorge- stellten Untersuchungen der passivierenden Eigenschaften beziehen sich speziell auf dieses PECVD-Nitrid. Bei höheren Frequenzen oder mit Hilfe eines räumlich abgekoppelten Plasmas („Remote-PECVD“) abgeschiedenes Nitrid weist eine bessere Oberflächenpassivierung auf [Aberle99], stand aber im Rahmen dieser Arbeit nicht zur Verfügung.

2.1 INDUSTRIENAHE PROZEßSCHRITTE ZUR FERTIGUNG VON SILIZIUMSOLARZELLEN 21 Tabelle 2.1: Vergleich der Eigenschaften sowie der für POWER-Zellen wichtigen Vor- und Nachteile von LPCVD- und PECVD-Siliziumnitriden (z.T. aus [Sze83], [Pan85]).

LPCVD PECVD

Prozeßtemperatur [°C] 700 – 900 250 – 400

Zusammensetzung Si3N4(H) SiNxHy

Chemische Reaktionen 3 SiCl2H2 + 4 NH3

→ Si3N4 + 12 H2

SiH4 + 4N2O → SiO2+ 4N2 +2H2O SiH4 + NH3 → SiNxHy + z H2

SiH4 + N2 → SiNxHy + z H2

Abscheidung beidseitig einseitig

Si/N-Quotient 0,75 0,8 – 1,2

Atom % Wasserstoff 4 – 8 15 – 39

Brechungsindex 2,0 1,8 – 2,5

Dichte [g/cm³] 2,9 – 3,1 2,4 – 2,8

Bandlücke [eV] 5 4 – 5

Vorteile - sehr gute Homogenität der abgeschiedenen Schichten - sehr gute Oberflächenpas-

sivierung

- beidseitige Abscheidung vorteilhaft für ARC auf bi- facialen Zellen

- geringe Prozeßtemperatur - reich an Wasserstoff und Oxid-

ladungen ⇒ gute passivierende Eigenschaften von Oberfläche und Bulk

- einseitige Abscheidung für die gezielte Belegung mit einer Diffusionsbarriere vorteilhaft.

Nachteile - niedrige Abscheideraten

⇒ lange Prozeßdauer - keine Bulkpassivierung¹³

- Probleme bei Homogenität der Schicht insbesondere bei textu- rierten Oberflächen

- Risiko eines Plasmaschadens an der Oberfläche

aktordruck, die Temperatur der unteren Elektrode (bis maximal 400°C), die eingekoppelte Plasmaleistung und die Abscheidezeit. Details zu dem in dieser Arbeit benutzten Plasmare- aktors finden sich bei [Spiegel95].

Der hohe Anteil an Wasserstoff in den PECVD-Nitridschichten kann durch den nachfolgen- den, kurzen Feuerschritt bei der Siebdruckmetallisierung in die Zelle teilweise eindiffundiert werden [Lenkheit97]. Dort sättigt der Wasserstoff Fehlstellen ab und führt damit zu einer zu- sätzlichen Bulkpassivierung.

13 Zur Zeit wird von T.Pernau ein Prozeß entwickelt, bei dem gleichzeitig mit der LPCVD-Abscheidung eine Wasserstoffpassivierung durchgeführt wird [Pernau00].

KAPITEL 2 HERSTELLUNG VON BIFACIALEN POWER-SOLARZELLEN

22

Da die Wafer auf der Elektrode flach aufliegen müssen, findet die Nitridabscheidung nur auf einer Seite statt. Dies ist vorteilhaft, wenn (wie in Prozeß 1 und 2, Kap. 2.2) nur auf der Rück- seite eine Diffusionsbarriere aufgebracht werden soll. Für die beidseitige Abscheidung einer Antireflexschicht sind jedoch zwei Prozeßschritte nötig.

LPCVD-Nitrid

Im Gegensatz zur PECVD-Abscheidung wird beim LPCVD-Verfahren die gesamte Anre- gungsenergie für die chemische Reaktion thermisch zur Verfügung gestellt. Ein LPCVD-Ofen besteht aus einem Quarzglasrohr, das in einem Dreizonenofen auf Temperaturen zwischen 700°C und 900°C geheizt wird. Durch dieses Rohr werden die Prozeßgase Dichlorsilan (oder Silan) und Ammoniak geleitet, wobei der Druck innerhalb des Rohres typischerweise bei 30 bis 250Pa liegt [Sze83].

Während es beim PECVD-Verfahren aufgrund von Inhomogenitäten im elektrischen Feld zu unterschiedlich schneller Abscheidung auf flachen und auf strukturierten Bereichen von PO- WER-Zellen kommt, erlaubt die LPCVD-Abscheidung ein sehr homogene Dicke der Nitrid- schicht unabhängig von der Oberflächenstruktur der Zelle. Dies ist insbesondere bei Antire- flexionsschichten sehr wichtig. Des weiteren werden alle Oberflächen des Wafers beschichtet, d.h. Front- und Rückseite einer bifacialen Zelle erhalten in nur einem Schritt eine Antireflex- und Oberflächenpassivierungsschicht.

2.1.5 Siebdruckmetallisierung

Die Siebdruckmetallisierung stellt die in der industriellen Solarzellenfertigung am häufigsten verwendete Art der Herstellung der Metallkontakte dar. Es soll an dieser Stelle nur kurz das Prinzip der Siebdruckmetallisierung und zwei Problematiken, die bei ihrer Anwendung auf POWER-Zellen auftreten, dargestellt werden. Eine detaillierte Beschreibung der Siebdruck- technologie findet sich beispielsweise in [deMoor96], die Charakterisierung von Siebdruck- kontakten stellt [Tölle97] vor.

Beim Siebdruck wird eine metallhaltige Paste durch ein Sieb hindurch, mit dem beliebige, bis zu 80µm feine Muster und Strukturen vorgegeben werden können, auf die Oberfläche der Solarzelle aufgebracht. Anschließend wird die Paste zunächst bei ∼150°C getrocknet und dann bei 700-900°C gefeuert. Bei dem hier verwendeten Durchfeuerprozeß ätzt sich dabei die in der Paste enthaltene Glasfritte durch die zuvor auf der Zelloberfläche abgeschiedene Silizi- umnitridschicht hindurch und ermöglicht einen elektrischen Kontakt zur Zelle.

Wie schon in Kapitel 2.1.3 erklärt, können im Siebdruckverfahren bisher nur Emitter mit ei- ner hohen Dotierung an der Oberfläche (ND > 10²⁰cm^-3) und einer gewissen Mindesttiefe kontaktiert werden. Die beim Feuern der Kontakte gewählten Temperaturrampen und Maxi- maltemperaturen müssen exakt auf die verwendete Paste (chemische Zusammensetzung), das jeweilige Siliziumnitrid (Dicke, Dichte), den Emitter (Dotierung, Tiefe) und sogar den Wafer (optische und thermische Eigenschaften) selbst abgestimmt werden. Ist die Energiezufuhr zu hoch (zu hohe Temperaturen oder zu lange Dauern), ätzen sich die Glasfritte durch den Emitter hindurch, schädigen die Raumladungszone oder führen im schlimmsten Fall zu Kurz- schlüssen. Bei zu geringer Energiezufuhr kann das Siliziumnitrid nicht durchfeuert werden, es kommt kein bzw. nur ein ungenügender elektrischer Kontakt zustande.

2.1 INDUSTRIENAHE PROZEßSCHRITTE ZUR FERTIGUNG VON SILIZIUMSOLARZELLEN 23 Diese Sensibilität bezüglich der Feuerparameter führte bei der Herstellung von POWER- Zellen im Labormaßstab zu Problemen. Zwar konnte auf die Feuerparameter, die bei konven- tionellen Zellen zu guten Ergebnissen geführt haben, zurückgegriffen werden. Es stellte sich jedoch heraus, daß die so gefeuerten Kontakte bei POWER-Zellen zu hohe Widerstände auf- weisen und zu reduzierten Füllfaktoren führen. Aufgrund der unterschiedlichen optischen Eigenschaften durch die Oberflächentexturierung sowie der unterschiedlichen thermischen Eigenschaften durch die Materialausdünnung führen die für flache Zellen optimierten Ver- hältnisse bei POWER-Zellen zu unbefriedigenden Resultaten. Durch leichte Modifikationen der Feuertemperaturen konnten die Kontaktwiderstände vermindert werden. Für eine stati- stisch abgesicherte Optimierung der Feuerparameter für POWER-Zellen konnten allerdings nicht genügend Zellen hergestellt werden¹⁴.

Ein weiteres, speziell bei POWER-Zellen auftretendes Problem ist die Tatsache, daß aufgrund der Texturierung sowohl das Front- als auch das Rückkontaktgrid auf schmale Stege gedruckt werden muß (vgl. Abbildung 2.4). Um Schwierigkeiten bei der Justierung der Kontakte zu vermeiden, müssen die Stege mindestens 100 - 200µm breiter sein als die Kontakte¹⁵. Fehlju- stierte Kontakte führen vor allem beim Rückgrid unweigerlich zu Kurzschlüssen, weil die p- Typ-Region auf den Stegen mit der direkt daneben verlaufenden n-Typ-Region verbunden wird. Für bifaciale Zellen bedeutet eine um 200µm verbreiterte p-Typ-Kontaktregion, daß die zur Verfügung stehende, rückseitige Emitterfläche um 10% reduziert wird. Präzisere Sieb- drucker oder das in Kapitel 6 vorgestellte Verfahren, das die Bildung eines sperrenden pn- Überganges mit der (nun selbst-justierenden) Basiskontaktierung verbindet, vermindern bzw.

vermeiden diese Problematik.

2.2 Herstellungsprozesse für bifaciale POWER-Solarzellen

Im Folgenden werden drei verschiedene Herstellungsprozesse für bifaciale POWER-Zellen vorgestellt. Nach der Darstellung der jeweiligen Prozeßsequenz wird vor allem auf technolo- gische Aspekte eingegangen und auftretende Problemstellungen erörtert. Der in Kapitel 3 dargelegten, detaillierten Charakterisierung der mit Hilfe der verschiedene Prozesse herge- stellten Zellen vorgreifend, werden die Zellparameter der jeweils besten Zelle¹⁶ jeden Types vorgestellt.

14 Es müßten mehrere hundert Zellen prozessiert werden. Zum damaligen Zeitpunkt stand jedoch nur die Einzel- blattstrukturierung zur Verfügung. Mit Strukturierungsdauern von bis zu einer Stunde pro Wafer wäre eine sol- che Optimierung unverhältnismäßig langwierig gewesen. In einer industriellen Fertigungslinie ist eine solche Studie problemlos durchführbar.

15 Bei der Herstellung der hier vorgestellten POWER-Zellen wurden die Kontakte noch mit dem Auge justiert.

Für die industrielle Fertigung stehen inzwischen Siebdrucker zur Verfügung, die eine automatische Justierung auf 10µm genau durchführen können [Marckmann99].

16 bezogen auf den Wirkungsgrad. Wegen der schon zuvor beschriebenen mangelnden Möglichkeit einer ausrei- chenden Statistik, wird nur die jeweils beste Zelle vorgestellt. Diese besitzt möglicherweise nicht in allen Para- metern die optimalen, mit diesem Prozeß erreichten Werte (vgl. auch Fußnote 27, S. 38).

KAPITEL 2 HERSTELLUNG VON BIFACIALEN POWER-SOLARZELLEN

24

2.2.1 Prozeß 1: mit Diffusionsbarriere und gerichteter PECVD-SiN-Abscheidung Zu Beginn der Entwicklung eines Herstellungsprozesses für bifaciale¹⁷ POWER-Zellen stellte sich die Frage, wie auf der Zellrückseite die ineinander verschachtelten p- und n-Bereiche definiert werden können. Der erste Ansatz bediente sich dabei eines PECVD-Siliziumnitrides, das, zunächst ganzflächig auf der Rückseite aufgebracht und anschließend teilweise wieder mechanisch entfernt, als lokale Diffusionsbarriere wirkt.

17 Bei monofacialen POWER-Zellen wird ein eventuell vorhandener, inaktiver Emitter auf der Zellrückseite mechanisch vom aktiven, frontseitigen Emitter getrennt [Boueke00].

Der Herstellungsprozeß

Der Prozeß beginnt mit der mechanischen Texturierung der Frontseite. Mit einem rechtwink- ligen, 150µm breiten Sägeblatt werden Gräben in einem Abstand von 350µm eingebracht. In den Bereichen der späteren Frontkontaktierung bleiben 300 – 500µm breite Stege stehen.

Nach einem Ätz- und Reinigungsschritt wird auf der Zellrückseite ganzflächig PECVD- Siliziumnitrid als Diffusionsbarriere abgeschieden. Die Dicke (100 – 130nm) und Homoge- nität der Schicht ist dabei nicht sehr kritisch. Bei einer zu dicken Abscheidung ( > 150nm) kann es allerdings zu Rissen in der Schicht kommen. Der entlang dieser Risse diffundierte Emitter führt zu Kriechströmen und damit zu Shunts in der fertigen Zelle.

Frontseite Rückseite

1) Strukturieren der Frontseite 2) PECVD-SiN-Abscheidung als Diffusionsbarriere

3) Strukturieren der Rückseite und Entfernen des Säge- schadens

4) POCl3-Diffusion 5) PECVD-SiN-Abscheidung als Antireflexschicht

6) Siebdruckmetallisierung

Abbildung 2.4: Herstellungssequenz Nr.1 für bifaciale POWER-Zellen mit Hilfe einer Diffusionsbarriere und einer gerichteten PECVD-Silizumnitrid-ARC-Abscheidung.

2.2 HERSTELLUNGSPROZESSE FÜR BIFACIALE POWER-SOLARZELLEN 25 Des weiteren muß darauf geachtet werden, daß der Wafer während der Abscheidung plan auf der Elektrode aufliegt, um eine ungewollte Nitridablagerung auf der Frontseite zu vermeiden.

Diese würde dort die Diffusion behindern. Durch den lokal nicht vorhandenen oder zu dünnen Emitter kommt es bei der Siebdruckmetallisierung zu Kurzschlüssen [vgl. auch [Wibral98]).

Bei der anschließenden Texturierung der Rückseite wird das Nitrid nicht nur im Bereich der Gräben sondern auch auf den dazwischen liegenden Stegen abgefräst. Nur die Basiskontakt- region bleibt geschützt.

Nachdem der Texturierungssägeschaden in Natronlauge entfernt wurde, wird der Wafer ge- reinigt und einer POCl3-Gasphasendiffusion (Rsheet = 28 – 35Ω/sqr) unterzogen. Dadurch wird die gesamte Waferoberfläche mit Ausnahme der geschützten Basiskontaktregionen mit Emit- ter bedeckt, wobei die Rückseite durch die Löcher der Zelle hindurch mit der Frontseite elek- trisch verbunden ist.

Das entstandene Phosphorglas wird anschließend durch einen kurzen HF-Dip entfernt.

Nachdem auf der Frontseite eine PECVD-Siliziumnitrid-Antireflexschicht abgeschieden wur- de, erfolgt die Metallisierung der Zelle im Siebdruckverfahren. Auf die frontseitigen Stege wird mit einer silberhaltigen Paste ein Kontaktgrid mit etwa 100µm breiten Fingern gedruckt.

Der Busbar verläuft über strukturiertes Gebiet.

Den Rückkontakt bildet ein Grid aus 300µm breiten Fingern. Durch die Verwendung einer silberhaltigen Paste, der 3% Aluminium zugesetzt sind, kann der Kontakt zur p-Typ-Basis verbessert werden. Das Einbrennen („Feuern“) der Kontakte durch die rückseitige Nitrid- schicht hindurch wurde untersucht (siehe Kap. 2.2.1.1). Das simultane Einbrennen („Ko- Feuern“) von Front- und Rückkontakten führte zu den besten Ergebnissen hinsichtlich der Serien- und Shuntwiderstände..

Abbildung 2.5: Front- und Rückseite einer mit Prozeß 1 hergestellten bifacialen POWER- Zelle. Auf der Frontseite verläuft der mittige Busbar über texturiertes Gebiet. Rückseitig liegt der Busbar am Zellrand. Der 2 – 3mm breite, untexturierte Rahmen erhöht die mechani- sche Stabilität der Zelle. Auf der Rückseite wurde nachträglich ein PECVD-SiN abgeschie- den, wodurch die aktiven Emitterbereiche blau, die unter den Kontakten liegenden p-Typ- Regionen grünlich erscheinen.