{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1283"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1283","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Durchlaufdiffusion für die Photovoltaik","abstract":"Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Entwicklung und Realisierung eines kontaminationsarmen Transport-systems für die Durchlaufdiffusion für Siliziumsolarzellen.
Es wurde zunächst ein Anforderungskatalog aufgestellt, der eine Bewertung unterschiedlicher trägerfreier Transport-verfahren erlauben soll. Es wurden zwei Klassen von Transportsystemen bewertet, von denen die erste Klasse umlaufende Transportsysteme aufweist und die zweite Klasse Systeme umfasst, bei denen das Transportsystem nur kleine oder überhaupt keine Bewegungen ausführt. Die untersuchten Systeme der ersten Klasse sind umlaufende Kettenbänder, Keramikschnüre oder Drähte, sowie ein im Rahmen dieser Arbeit entwickeltes Kettensystem aus einfachen keramischen Kettengliedern. Die Systeme, der zweiten Klasse, sind der Luftkissentransport, der Impulsförderer, das Hubbalkenverfahren und das in dieser Arbeit entwickelte Hubschnursystem. Die Bewertung der unterschiedlichen Systeme erfolgte anhand von Modellrechungen und Prototypaufbauten, die die Prüfung der Umsetzbarkeit erlaubten.
Die abschließende vergleichende Gesamt-bewertung ergab, dass die in dieser Arbeit neu entwickelten Systeme, eine keramische Kette und der Hubschnurtransport, das höchste Potential zur Erfüllung aller aufgestellten Kriterien aufweisen. Das Hubschnursystem ist allerdings der keramischen Kette überlegen, da diese ein umlaufendes System darstellt und so eine Kontaminations-ein-schleppung in den Diffusionsbereich des Ofens erfolgen kann. Somit wurde das Hubschnur-system ausgewählt und in der Umsetzungsphase in einem Diffusions-ofen realisiert und ausführlich geprüft. Unterstützt wurde diese Entscheidung durch das vergleichsweise hohe Entwicklungsrisiko, welches mit der Realisierung der keramischen Kette verbunden wäre.
Bei der Umsetzung des Systems stellte sich die Aufgabe, einen Diffusionsofen zu konzipieren, der eine Evaluation des Transportverfahrens erlaubt. Es wurde zu diesem Zweck eine Anlage dimensioniert, die bei 4,5 Meter Länge mit der Möglichkeit ausgestattet ist, sehr flexible Temperatur/Zeit-Prozesse zu gestalten und Diffusionsprozesse durchzuführen, wie sie für die Verwendung bei der Solarzellenherstellung benötigt werden. Die Anlage wurde von der Firma Centrotherm, Blaubeuren gebaut und mit einem Transportsystem, welches das Hubschnurprinzip anhand von gespannten keramischen Faserschläuchen realisiert, ausgerüstet.
Die Applikabilität des Hubschnursystems, wurde anhand von Solarzellen gezeigt, die im Labormaßstab prozessiert wurden. Es wurde ein Herstellungsprozess entwickelt, der alle wesentlichen Komponenten eines indus-triellen Herstellungsvorgangs widerspiegelt und eine einfache Prozessübertragung für zukünftige Arbeiten erlaubt. Als Dotierstoffquelle wurden Siebdruckpasten eingesetzt. Es wurden Solarzellen aus verschiedenen Materialien, prozessiert und charakterisiert. Dabei wurden durchweg Bor-dotierte p-Typ Siliziumscheiben mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm*cm und einer Ausgangs-fläche von 100 cm2 und einer Dicke von etwa 330 um verwendet. Es konnten aus nach dem Cz.-Verfahren gezogenem monokristallinem Silizium für Diffusionplateauzeiten von 3,4 bis 15,3 Minuten Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 15,3 % erzielt werden. Auf texturierten Oberflächen wurden Wirkungsgrade bis 16,6 % erreicht, allerdings nur bei Plateauzeiten von 15 Minuten. Im Bereich der texturierten Solar-zellen kann erwartet werden, dass durch die Verwendung von anderen Kontaktierungs-pasten die bislang recht lange Plateauzeit von 15 Minuten noch deutlich gesenkt werden kann. Für multikristallines Silizium wurden ebenfalls Untersuchungen angestellt, bei denen mit einer Plateauzeit von 6 Minuten Wirkungs-grade bis zu 14,9 % erzielt werden konnten. Hierdurch konnte auch für dieses Material die Applikabilität des Hubschnursystems mit hohem Anlagen-durch-satz gezeigt werden.
Selektive Emitter wurden in dieser Arbeit hergestellt, um das Potential dieser Struktur unter Bedingungen, die gegenwärtig in der Industrie realisierbar sind, unter Verwendung der Durchlauf-technologie zu bestimmen. Dazu wurden eingehend Experimente zum Verhalten lokal aufgedruckter Dotierpasten durchgeführt. Zu Bildung der selektiven Emitter wurde das Aus-diffusionsverfahren eingesetzt. Es konnten Solarzellen mit selektiven Emittern mit Wirkungsgraden von 15,4 % (Cz-Silizium untexturiert) hergestellt werden.
Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden genutzt, um eine weitere Anlage zu planen und aufzubauen, die industriellen Anforderungen bereits weitgehend gewachsen ist. Es handelt sich hierbei um eine vierspurige Anlage, die einen vollkontinuierlichen Antrieb aufweist und mit Automatisierungs-einheiten ausgestattet wurde, so dass für zukünftige Arbeiten ein ausgereiftes kontaminationsfreies Durchlaufdiffusionssystem zu Verfügung steht.","abstract_html":"Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Entwicklung und Realisierung eines kontaminationsarmen Transport-systems für die Durchlaufdiffusion für Siliziumsolarzellen. <br> <br>Es wurde zunächst ein Anforderungskatalog aufgestellt, der eine Bewertung unterschiedlicher trägerfreier Transport-verfahren erlauben soll. 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Das Hubschnursystem ist allerdings der keramischen Kette überlegen, da diese ein umlaufendes System darstellt und so eine Kontaminations-ein-schleppung in den Diffusionsbereich des Ofens erfolgen kann. Somit wurde das Hubschnur-system ausgewählt und in der Umsetzungsphase in einem Diffusions-ofen realisiert und ausführlich geprüft. Unterstützt wurde diese Entscheidung durch das vergleichsweise hohe Entwicklungsrisiko, welches mit der Realisierung der keramischen Kette verbunden wäre. <br>Bei der Umsetzung des Systems stellte sich die Aufgabe, einen Diffusionsofen zu konzipieren, der eine Evaluation des Transportverfahrens erlaubt. Es wurde zu diesem Zweck eine Anlage dimensioniert, die bei 4,5 Meter Länge mit der Möglichkeit ausgestattet ist, sehr flexible Temperatur/Zeit-Prozesse zu gestalten und Diffusionsprozesse durchzuführen, wie sie für die Verwendung bei der Solarzellenherstellung benötigt werden. 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Es konnten aus nach dem Cz.-Verfahren gezogenem monokristallinem Silizium für Diffusionplateauzeiten von 3,4 bis 15,3 Minuten Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 15,3 % erzielt werden. Auf texturierten Oberflächen wurden Wirkungsgrade bis 16,6 % erreicht, allerdings nur bei Plateauzeiten von 15 Minuten. Im Bereich der texturierten Solar-zellen kann erwartet werden, dass durch die Verwendung von anderen Kontaktierungs-pasten die bislang recht lange Plateauzeit von 15 Minuten noch deutlich gesenkt werden kann. Für multikristallines Silizium wurden ebenfalls Untersuchungen angestellt, bei denen mit einer Plateauzeit von 6 Minuten Wirkungs-grade bis zu 14,9 % erzielt werden konnten. Hierdurch konnte auch für dieses Material die Applikabilität des Hubschnursystems mit hohem Anlagen-durch-satz gezeigt werden. <br>Selektive Emitter wurden in dieser Arbeit hergestellt, um das Potential dieser Struktur unter Bedingungen, die gegenwärtig in der Industrie realisierbar sind, unter Verwendung der Durchlauf-technologie zu bestimmen. Dazu wurden eingehend Experimente zum Verhalten lokal aufgedruckter Dotierpasten durchgeführt. Zu Bildung der selektiven Emitter wurde das Aus-diffusionsverfahren eingesetzt. Es konnten Solarzellen mit selektiven Emittern mit Wirkungsgraden von 15,4 % (Cz-Silizium untexturiert) hergestellt werden. <br>Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden genutzt, um eine weitere Anlage zu planen und aufzubauen, die industriellen Anforderungen bereits weitgehend gewachsen ist. 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Die abschließende vergleichende Gesamt-bewertung ergab, dass die in dieser Arbeit neu entwickelten Systeme, eine keramische Kette und der Hubschnurtransport, das höchste Potential zur Erfüllung aller aufgestellten Kriterien aufweisen. Das Hubschnursystem ist allerdings der keramischen Kette überlegen, da diese ein umlaufendes System darstellt und so eine Kontaminations-ein-schleppung in den Diffusionsbereich des Ofens erfolgen kann. Somit wurde das Hubschnur-system ausgewählt und in der Umsetzungsphase in einem Diffusions-ofen realisiert und ausführlich geprüft. Unterstützt wurde diese Entscheidung durch das vergleichsweise hohe Entwicklungsrisiko, welches mit der Realisierung der keramischen Kette verbunden wäre.
Bei der Umsetzung des Systems stellte sich die Aufgabe, einen Diffusionsofen zu konzipieren, der eine Evaluation des Transportverfahrens erlaubt. Es wurde zu diesem Zweck eine Anlage dimensioniert, die bei 4,5 Meter Länge mit der Möglichkeit ausgestattet ist, sehr flexible Temperatur/Zeit-Prozesse zu gestalten und Diffusionsprozesse durchzuführen, wie sie für die Verwendung bei der Solarzellenherstellung benötigt werden. Die Anlage wurde von der Firma Centrotherm, Blaubeuren gebaut und mit einem Transportsystem, welches das Hubschnurprinzip anhand von gespannten keramischen Faserschläuchen realisiert, ausgerüstet.
Die Applikabilität des Hubschnursystems, wurde anhand von Solarzellen gezeigt, die im Labormaßstab prozessiert wurden. Es wurde ein Herstellungsprozess entwickelt, der alle wesentlichen Komponenten eines indus-triellen Herstellungsvorgangs widerspiegelt und eine einfache Prozessübertragung für zukünftige Arbeiten erlaubt. Als Dotierstoffquelle wurden Siebdruckpasten eingesetzt. Es wurden Solarzellen aus verschiedenen Materialien, prozessiert und charakterisiert. Dabei wurden durchweg Bor-dotierte p-Typ Siliziumscheiben mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm*cm und einer Ausgangs-fläche von 100 cm2 und einer Dicke von etwa 330 um verwendet. Es konnten aus nach dem Cz.-Verfahren gezogenem monokristallinem Silizium für Diffusionplateauzeiten von 3,4 bis 15,3 Minuten Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 15,3 % erzielt werden. Auf texturierten Oberflächen wurden Wirkungsgrade bis 16,6 % erreicht, allerdings nur bei Plateauzeiten von 15 Minuten. Im Bereich der texturierten Solar-zellen kann erwartet werden, dass durch die Verwendung von anderen Kontaktierungs-pasten die bislang recht lange Plateauzeit von 15 Minuten noch deutlich gesenkt werden kann. Für multikristallines Silizium wurden ebenfalls Untersuchungen angestellt, bei denen mit einer Plateauzeit von 6 Minuten Wirkungs-grade bis zu 14,9 % erzielt werden konnten. Hierdurch konnte auch für dieses Material die Applikabilität des Hubschnursystems mit hohem Anlagen-durch-satz gezeigt werden.
Selektive Emitter wurden in dieser Arbeit hergestellt, um das Potential dieser Struktur unter Bedingungen, die gegenwärtig in der Industrie realisierbar sind, unter Verwendung der Durchlauf-technologie zu bestimmen. Dazu wurden eingehend Experimente zum Verhalten lokal aufgedruckter Dotierpasten durchgeführt. Zu Bildung der selektiven Emitter wurde das Aus-diffusionsverfahren eingesetzt. Es konnten Solarzellen mit selektiven Emittern mit Wirkungsgraden von 15,4 % (Cz-Silizium untexturiert) hergestellt werden.
Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden genutzt, um eine weitere Anlage zu planen und aufzubauen, die industriellen Anforderungen bereits weitgehend gewachsen ist. Es handelt sich hierbei um eine vierspurige Anlage, die einen vollkontinuierlichen Antrieb aufweist und mit Automatisierungs-einheiten ausgestattet wurde, so dass für zukünftige Arbeiten ein ausgereiftes kontaminationsfreies Durchlaufdiffusionssystem zu Verfügung steht.","In the scope of this work a transport system for contamination free in-line diffusion technology has been developed.
Based on a set of criteria two classes of transport devices have been assessed. The first class of systems includes revolving chains (metal, or ceramics) wires or ceramic ropes. The second class comprises air-track systems, walking beam and walking string systems, the latter ones have been developed in this work. The systems have been assessed by means of computer simulations and experiments using prototypes. It was found that amongst the investigated systems the walking string system has the highest potential to fulfil all criteria.
The walking string system has been realised in a in-line Diffusion furnace with a total length of 4.5 meters. The furnace design allows very flexible processing for industrial solar cell diffusion. The system has been built up by the company Centrotherm in Blaubeuren, Germany.
Solar cells have been processed to demonstrate the applicability of the system. For this purpose a standard process based on the industrial process scheme has been developed. Screen printed pastes have been used as phosphorus sources. Solar cells (1 ohm*cm, 100 cm2) made of Cz material gave efficiencies up to 15.3% for diffusion plateau times between 3.4 to 15.3 minutes. On textured surfaces 16.6% have been reached for the plateau time of 15 min. On multicrystalline silicon efficiencies up to 14.9 % have been reached. Therefore also for this material the applicability was demonstrated.
Solar cells with selective emitters have been processed to evaluate this structure under conditions similar to the conditions found in industrial fabrications lines. Hereby efficiencies of 15.4% have been achieved on Cz. silicon.
Based on these results a large diffusion furnace has been built which has a capacity close to a machine required in industry. The system has a fully continuous walking string transport and due to four parallel tracks a high capacity. It is fully automated and allows further work on contamination free in-line diffusion processes with a fully developed system."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Durchlaufdiffusion für die Photovoltaik","In-line diffusion for photovolatics"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Wilde, Jürgen"],"dc:creator":["Biro, Daniel"],"dc:description.abstract":["Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Entwicklung und Realisierung eines kontaminationsarmen Transport-systems für die Durchlaufdiffusion für Siliziumsolarzellen.
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Die abschließende vergleichende Gesamt-bewertung ergab, dass die in dieser Arbeit neu entwickelten Systeme, eine keramische Kette und der Hubschnurtransport, das höchste Potential zur Erfüllung aller aufgestellten Kriterien aufweisen. Das Hubschnursystem ist allerdings der keramischen Kette überlegen, da diese ein umlaufendes System darstellt und so eine Kontaminations-ein-schleppung in den Diffusionsbereich des Ofens erfolgen kann. Somit wurde das Hubschnur-system ausgewählt und in der Umsetzungsphase in einem Diffusions-ofen realisiert und ausführlich geprüft. Unterstützt wurde diese Entscheidung durch das vergleichsweise hohe Entwicklungsrisiko, welches mit der Realisierung der keramischen Kette verbunden wäre.
Bei der Umsetzung des Systems stellte sich die Aufgabe, einen Diffusionsofen zu konzipieren, der eine Evaluation des Transportverfahrens erlaubt. Es wurde zu diesem Zweck eine Anlage dimensioniert, die bei 4,5 Meter Länge mit der Möglichkeit ausgestattet ist, sehr flexible Temperatur/Zeit-Prozesse zu gestalten und Diffusionsprozesse durchzuführen, wie sie für die Verwendung bei der Solarzellenherstellung benötigt werden. Die Anlage wurde von der Firma Centrotherm, Blaubeuren gebaut und mit einem Transportsystem, welches das Hubschnurprinzip anhand von gespannten keramischen Faserschläuchen realisiert, ausgerüstet.
Die Applikabilität des Hubschnursystems, wurde anhand von Solarzellen gezeigt, die im Labormaßstab prozessiert wurden. Es wurde ein Herstellungsprozess entwickelt, der alle wesentlichen Komponenten eines indus-triellen Herstellungsvorgangs widerspiegelt und eine einfache Prozessübertragung für zukünftige Arbeiten erlaubt. Als Dotierstoffquelle wurden Siebdruckpasten eingesetzt. Es wurden Solarzellen aus verschiedenen Materialien, prozessiert und charakterisiert. Dabei wurden durchweg Bor-dotierte p-Typ Siliziumscheiben mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm*cm und einer Ausgangs-fläche von 100 cm2 und einer Dicke von etwa 330 um verwendet. Es konnten aus nach dem Cz.-Verfahren gezogenem monokristallinem Silizium für Diffusionplateauzeiten von 3,4 bis 15,3 Minuten Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 15,3 % erzielt werden. Auf texturierten Oberflächen wurden Wirkungsgrade bis 16,6 % erreicht, allerdings nur bei Plateauzeiten von 15 Minuten. Im Bereich der texturierten Solar-zellen kann erwartet werden, dass durch die Verwendung von anderen Kontaktierungs-pasten die bislang recht lange Plateauzeit von 15 Minuten noch deutlich gesenkt werden kann. Für multikristallines Silizium wurden ebenfalls Untersuchungen angestellt, bei denen mit einer Plateauzeit von 6 Minuten Wirkungs-grade bis zu 14,9 % erzielt werden konnten. Hierdurch konnte auch für dieses Material die Applikabilität des Hubschnursystems mit hohem Anlagen-durch-satz gezeigt werden.
Selektive Emitter wurden in dieser Arbeit hergestellt, um das Potential dieser Struktur unter Bedingungen, die gegenwärtig in der Industrie realisierbar sind, unter Verwendung der Durchlauf-technologie zu bestimmen. Dazu wurden eingehend Experimente zum Verhalten lokal aufgedruckter Dotierpasten durchgeführt. Zu Bildung der selektiven Emitter wurde das Aus-diffusionsverfahren eingesetzt. Es konnten Solarzellen mit selektiven Emittern mit Wirkungsgraden von 15,4 % (Cz-Silizium untexturiert) hergestellt werden.
Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen wurden genutzt, um eine weitere Anlage zu planen und aufzubauen, die industriellen Anforderungen bereits weitgehend gewachsen ist. Es handelt sich hierbei um eine vierspurige Anlage, die einen vollkontinuierlichen Antrieb aufweist und mit Automatisierungs-einheiten ausgestattet wurde, so dass für zukünftige Arbeiten ein ausgereiftes kontaminationsfreies Durchlaufdiffusionssystem zu Verfügung steht.","In the scope of this work a transport system for contamination free in-line diffusion technology has been developed.
Based on a set of criteria two classes of transport devices have been assessed. The first class of systems includes revolving chains (metal, or ceramics) wires or ceramic ropes. The second class comprises air-track systems, walking beam and walking string systems, the latter ones have been developed in this work. The systems have been assessed by means of computer simulations and experiments using prototypes. It was found that amongst the investigated systems the walking string system has the highest potential to fulfil all criteria.
The walking string system has been realised in a in-line Diffusion furnace with a total length of 4.5 meters. The furnace design allows very flexible processing for industrial solar cell diffusion. The system has been built up by the company Centrotherm in Blaubeuren, Germany.
Solar cells have been processed to demonstrate the applicability of the system. For this purpose a standard process based on the industrial process scheme has been developed. Screen printed pastes have been used as phosphorus sources. Solar cells (1 ohm*cm, 100 cm2) made of Cz material gave efficiencies up to 15.3% for diffusion plateau times between 3.4 to 15.3 minutes. On textured surfaces 16.6% have been reached for the plateau time of 15 min. On multicrystalline silicon efficiencies up to 14.9 % have been reached. Therefore also for this material the applicability was demonstrated.
Solar cells with selective emitters have been processed to evaluate this structure under conditions similar to the conditions found in industrial fabrications lines. Hereby efficiencies of 15.4% have been achieved on Cz. silicon.
Based on these results a large diffusion furnace has been built which has a capacity close to a machine required in industry. The system has a fully continuous walking string transport and due to four parallel tracks a high capacity. It is fully automated and allows further work on contamination free in-line diffusion processes with a fully developed system."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["Photovoltaik","Solarzellenherstellung","Emitterdiffusion","photovoltaics","solar cell production","emitter diffusion"],"dc:title":["Durchlaufdiffusion für die Photovoltaik","In-line diffusion for photovolatics"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:10Z"}