Rapid thermal processing of silicon solar cells-passivation and diffusion

Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf der Entwicklung eines optimierten Solarzellen-prozesses für Czochralski(Cz) Siliciummaterialien, auf die Charakterisierung der Oberflächenpassiveierung und auf die Diffusion mittels eines raschen thermischen Prozess (RTP). <br>Bordotierte Cz-Siliciummaterialen werden in großen Teilen der Produktion von Solarzellen verwendet. Allerdings nimmt in diesem Material der für den Wirkungsgrad dominierende Parameter Ladungsträgerlebensdauer durch Beleuchtung ab. Die ursprüngliche Lebensdauer kann durch eine Temperung bei Temperaturen oberhalb von 200 °C vollständig zurückgewonnen werden. Der zugrundliegende metastabile Effekt ist typisch für alle sauerstoffverunreinigte Materialen wie Cz-Silicium. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die Lebensdauer durch einen auf Cz-Si optimierten Hochtemperaturprozess mittels RTP erhöht werden kann. Dabei hatte die Prozesstemperatur den stärksten Einfluss auf die stabilisierte Lebensdauer. Der optimierte Prozess dauert nur 120 s bei 900 °C und die stabilisierte Lebensdauer steigt dabei um einen Faktor von 2. Außerdem wurde der Einfluss von zwei aufeinanderfolgenden Hochtemperaturschritten auf die Lebensdauer untersucht. Es wurde gezeigt, dass der letzte Hochtemperaturschritt den Haupteinfluss auf die Lebensdauer hat. <br>Im Zweiten Teil der Arbeit wurde die Eigenschaften von verschiedenen einzelnen und doppelten Passivierungsschichten auf p-typ Wafern und auf Phosphor-dotierten Emitter untersucht. Die drei unterschiedlichen Oberflächenpassivierungsmethoden waren CTO (klassische thermische Oxidation), RTO (rasche thermische Oxidation) und SiNx mittels PECVD. SiO2–Schichten mittels RTO und CTO passivierten die Emitteroberfläche 2-3mal besser als reine p-typ Siliciumoberflächen. Dagegen passivierte SiNx–Schichten die reine p-typ Oberfläche besser als die Emitteroberfläche. Eine ausgezeichnete Lebensdauer auf 1 W cm FZ-Silicium von über 1000 µs konnte mit Doppelschichten (RTO/SiNx und CTO/SiNx) erreicht werden. Zusätzlich weist das RTO/SiNx Schichtsystem eine niedrige optische Reflektion von 13 % auf plane Oberfläche auf. Die Eifung dieser kosteffektiven Oberflächenpassivierung (RTO/SiNx) wurde auch im Einsatz in Solarzellen untersucht. Eine hervorragende Leerlaufspannung (Voc) von 675.6 mV, eine hohe Kurzschlussstromdichte (Jsc) von 35.1 mA/cm2 und ein Wirkungsgrad von 18.5 % wurden auf untexturierten FZ-Solarzellen erreicht. <br>Im letzten Teil der Arbeit wurde eine preiswerte Diffusionstechnik, die sogenannten spin-on-Technik mit flüssigen Dotierlösungen mittels RTP-Diffusion untersucht. Unterschiedliche Phosphor- und Bor-Dotierlösungen wurden benützt. RTP-Diffusionen von Phosphor wurden für eine Prozesszeit zwischen 5 und 80 s bei einer Prozesstemperatur von 850 und 1050 °C durchgeführt. Schichtwiderstände von 40-100 W/¨ konnte innerhalb einiger Minuten leicht erreicht werden. Die Profil-Messung zeigte hohe Oberflächekonzentrationen (Ns>1020 cm-3) und eine kleine Eindringtiefe xj von 0.2-0.4 µm. RTP-Diffusion von Bor wurde für eine Prozesszeit 60-80 s bei einer Prozesstemperatur von 100-1100 °C durchgeführt. Eine Eindringtiefe xj von über 0.5 µm und eine Oberflächekonzentration Ns von 1020 cm-3 wurde bei einer Prozesszeit für 120 s bei 1100 °C erreicht. Mittels einer Computer-Simulation wurde gezeigt, dass mit diesem Bor-BSF Leeraufspannungen Voc von 630 mV realisierbar sind. Schließlich wurde die Untersuchte Phosphor-Dotierlösung als Emitter und die Bor-Dotierlösung als BSF verwendet und die Eigenschaften der so hergestellten RTP-Solarzellen untersucht.

Author dc:creator

• Lee, Ji Youn

Contributors dc:contributor

• Wettling, Wolfram

• SOD(s)
• Cz-Specific defect

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