Dünne Solarzellen aus n-Typ Silicium mittels Aluminiumbonden auf Glas

Abb 1: Schema einer dünnen Solarzelle hergestellt mittels Al-Bonden auf Glas. Links: n-Typ Silicium. Rechts: p-Typ Silicium. Das Glassubstrat ermöglicht die Prozessierung des nur wenige µm dicken Si-Wafers.

Die Verwendung von n-dotiertem Basismaterial bietet Vorteile bei der Herstellung von Solarzellen, z. B. wird die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in geringerem Maße durch Restverunreinigungen, wie z. B. Eisen, beeinträchtigt. Am ZAE Bayern wurde ein neuartiges Konzept zur Herstellung von kristallinen Siliciumsolarzellen aus sehr dünnen (ca. 60 bis 80 µm) n-dotierten Wafern entwickelt. Hierzu haben wir das Verfahren zur Verarbeitung von ultradünnen Wafern mittels Aluminiumbonden auf Glas (COMBO-Konzept, Abb. 1 rechts) für n-Basismaterial weiterentwickelt. Der neue Solarzellentyp zeichnet sich dadurch aus, dass sich der pn-Übergang auf der Licht abgewandten Seite des Siliciums befindet. Es lassen sich gute Oberflächenpassivierungen und damit bei dünnen Siliciumschichten gute Quantenausbeuten erreichen.

Der schematische Aufbau der neuartigen Solarzellenstruktur wird in Abbildung 1 links gezeigt. Ein 1-2 mm dickes Substrat aus Borosilikatglas sorgt für die mechanische Stabilität. Darauf wird ein dünner monokristalliner n-dotierter Si-Wafer mit einer Dicke von nur 80µm aufgebracht. Die sich berührenden Flächen werden zuvor beidseitig mit einer 5 µm dicken, aufgedampften Al-Schicht versehen. Auf die Oberseite des Siliciumwafers wird eine Phosphorquelle mittels Spin-on Doping aufgebracht. Die ganze Struktur wird schließlich in einem lampenbeheizten RTP-System kurzzeitig (ca. 100 s) auf eine Temperatur von 820 bis 900°C aufgeheizt. Während des Heizprozesses erfolgt gleichzeitig durch Eindiffusion des Phosphors die Bildung eines hochdotierten oberflächenpassivierenden Front-Surface-Fields (FSF) und die rückseitige Ausbildung eines Si/Aluminium-Eutektikums, die sowohl als mechanische Verbindung als auch zur elektrischen Kontaktierung dient. Außerdem findet die Ausbildung einer aluminiumdotierten Si p++ Schicht, die als Emitter dient, statt.In weiteren Prozessschritten erfolgen das Aufbringen der Sammelkontakte und die Abscheidung einer SiN-Antireflexschicht. Die hergestellten Solarzellen hatten eine Größe von
25 mm x 25 mm.

 

Abb 2: Spektrale interne (IQE) und externe (EQE) Quanteneffizienz sowie Reflexion (R) einer n-Typ Solarzelle. Das Spektrum zeigt eine hohe Quantenausbeute bis zu Wellenlängen von ca. 1000 nm.
Ansprechpartner

Dr. Thomas Kunz
Erneuerbare Energien
Tel.: +49 9131 9398-155
E-Mail: Thomas.Kunz@zae-bayern.de

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