Laserstrahlverfahren zur Fertigung kristalliner Silizium-Solarzellen

Die von Eric Schneiderlöchner verfasste Arbeit "Laserstrahlverfahren zur Fertigung kristalliner Silizium-Solarzellen" beleuchtet ausgehend vom Stand der Technik den Einsatz von Laserstrahltechnologien in der industriellen Fertigung von Siliziumsolarzellen. <br>Insbesondere werden erstmals Einsatzmöglichkeiten für Festkörperlasersysteme mit Spiegelscannern zur kostensenkenden Produktion von Siliziumwafer - Solarzellen aufgezeigt. Im Vergleich zu den in der Vergangenheit untersuchten Laseranlagen mit motorischen Achsen zur Waferpositionierung erlaubt die direkte Strahlpositionierung im Falle von oberflächennahen Strukturierungen höhere Prozessgeschwindigkeiten. <br>Zur besseren Beurteilung der Eignung von Laserstrahlverfahren in der industriellen Solarzellenfertigung wird weiterhin aufgezeigt, welche zentralen Randbedingungen und zukünftigen Entwicklungen in der Solarzellenproduktion berücksichtigt werden müssen. <br>Die patentierte "Laser - Fired Contacts (LFC)" - Technologie zielt auf die Steigerung des Wirkungsgrads industriell gefertigter Solarzellen durch die großtechnische Umsetzung eines hocheffizienten, dielektrisch passivierten Rückseitenkontakts für Solarzellen. Die im Rahmen der Arbeit entwickelte Laser-Prozesstechnologie ermöglicht die Ausbildung der hierfür benötigten Kontaktpunkte durch einzelne Laserpulse eines gütegeschalteten Festkörperlasers in knapp 1,5 bis 2,3 Sekunden. <br>Anhand von SNMS - Messungen sowie EBIC - Untersuchungen an LFC - kontaktiertem Silizium konnte nachgewiesen werden, dass eine Aluminium p+ - Dotierung in der Kontaktzone erzielt wird. Diese p+ - Dotierung führt zur Ausbildung eines lokalen Aluminium Rückseitenfeldes (L-Al-BSF), wodurch der Kontaktwiderstand reduziert wird. Zusätzlich wird durch das L-Al-BSF die effektive Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit (ORG) der Rückseite im Vergleich zur Standard-PERC Solarzelle mit aufgedampften Kontakten abgesenkt. Damit bietet die LFC - Technologie im Vergleich zu alternativen Verfahren wie der Photolithographie oder dem mechanischen Öffnen der dielektrischen Schicht nicht nur eine vorteilhafte Prozessführung, sondern sie erlaubt auch die Realisierung höherer Wirkungsgrade. <br>Eine Verbiegung oder Aufwölbung der Wafer, wie sie von Siliziumsolarzellen mit ganzflächigem Aluminiumrückseitenfeld (Al-BSF) bekannt ist, tritt bei der LFC - Technologie, auch bei 40 µm dünnen PERC - Solarzellen, nicht auf. Dies stellt einen wichtigen prozesstechnischen Vorteil für die zukünftig prognostizierte Verarbeitung von weniger als 200 µm dünnen Siliziumwafern dar. Auch die überlegenen elektrischen und optischen Eigenschaften der LFC - Rückseite konnten vom Autor anhand von 12,5 x 12,5 cm² großen LFC-Solarzellen mit Siebdruckvorderseite aufgezeigt werden. Auf 170 µm dünnen, 1 Ohmcm FZ-Solarzellen mit Oxid-passivierter Rückseite und Laser-gefeuerten Kontakten wurden 17,1 % Wirkungsgrad erzielt, im Vergleich zu 16,4 % mit ganzflächigen siebgedruckten Al-BSF. <br> <br>Das zweite im Rahmen der Promotionsarbeit von Herrn Schneiderlöchner entwickelte Laserstrahlverfahren behandelt die Problemstellung der Kantenisolation von Siliziumsolarzellen. Mit Hilfe dieses ebenfalls an einem Lasersystem mit Spiegelscanner entwickelten Prozesses zur Laserkantenisolation (LKI), kann eine kostengünstige und effiziente Alternative zum bislang industriell eingesetzten "Plasmaätzen im Stapel" kurzfristig etabliert werden. Durch die Einbringung eines Lasergrabens entlang der Kante der Solarzelle wird ein im Verlauf des Herstellungsprozesses ausgebildeter elektrischer Kurzschluss zwischen Vorder- und Rückseite der Solarzelle unterbrochen. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind insbesondere die Verbesserung des Materialflusses und die Einsparung der kostenintensiven Ätzgase. <br>Die durchgeführten Untersuchungen belegen, dass bei geeigneter Wahl der Laserparameter und Einbringen des Lasergrabens von der Vorderseite Solarzellen mit hervorragendem Parallelwiderstand über 10 kW cm² hergestellt werden können. Anhand von thermographischen Untersuchungen wurden weiterhin lokal begrenzte Störungen im Bereich der Waferkante nachgewiesen, aufgrund derer die Laserkantenisolation von der Rückseite nur unzureichende Parallelwiderstände realisiert. <br>An 125 x 125 mm² großen, multikristallinen Solarzellen aus den Produktionslinien der 'Deutschen Cell GmbH' aus Freiberg und der "ErSol AG" aus Erfurt wurde in umfangreichen Versuchen die industrielle Tauglichkeit des entwickelten LKI - Prozesses erprobt. Dabei konnten mit Hilfe der LKI von der Vorderseite im Mittel gleiche Füllfaktoren (± 1 %) und Wirkungsgrade (± 0,5 %) erzielt werden wie mittels des industriell eingesetzten Plasmaätzens. <br> <br>Sowohl das "Laser-Fired Contacts" - Verfahren als auch die Laserkantenisolation belegen erstmals das hohe Umsetzungspotential von Laserbeschriftungsanlagen mit Spiegelscannern für die Fertigung von Silizium-Wafer-Solarzellen.

Author dc:creator

• Schneiderlöchner, Eric

Contributors dc:contributor

• Wittwer, Volker

• krsitalline Siliziumsolarzellen
• Laserkantenisolation
• Laser Fired Contact
• LFC
• crystalline silicon solar cell, laser edge isolation, laser fired contact, LFC

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