Dickschichtkontakte f\u00fcr hocheffiziente IndustriesolarzellenWeltweit zunehmende Naturkatastrophen und der wachsende Mangel an fossilen Rohstoffen erfordern eine rasche energiepolitische Wende die auf den Einsatz \u00e2\u20ac\u017egr\u00c3\u00bcner Technologien\u00e2\u20ac\u0153 setzt, welche die unersch\u00c3\u00b6pflichen und ausreichend vorhandenen erneuerbaren Energieressourcen unserer Erde nutzen. Der Photovoltaik kommt dabei eine wachsende Bedeutung zu, wobei die t\u00c3\u00a4glich zur Erde gelangende Solarenergie auch das gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178te Potential birgt und durch den photovoltaischen Effekt eine direkte Umwandlung der solaren Energiestrahlung in elektrische Energie m\u00c3\u00b6glich ist. Bei weltweit stetig hohen j\u00c3\u00a4hrlichen Zuwachsraten der Photovoltaik, ist Deutschland in der Produktion von Siliciumsolarzellen noch immer eine der f\u00c3\u00bchrenden \u00e2\u20ac\u017eSolar-Nationen\u00e2\u20ac\u0153. Unter anderem durch das Fraunhofer-Institut f\u00c3\u00bcr Solare Energiesysteme (ISE) \u00e2\u20ac\u201c dem gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178ten Solarforschungsinstitut in Europa \u00e2\u20ac\u201c ist auch die deutsche Forschungslandschaft mit an der Spitze vertreten und beeinflusst noch immer die Entwicklung der Photovoltaik weltweit mit.Dabei werden mehr als 85% der weltweit produzierten Solarzellen mit Hilfe von Silber-Dickschichtkontakten auf der Vorderseite und Aluminium-Dickschichtkontakten auf der R\u00c3\u00bcckseite der Solarzelle realisiert. Dieser Herstellungsprozess mittels Dickschicht-Metallisierungstechnologien wie z.B. dem Siebdruck ist aufgrund seiner Kosteneffizienz (hohe Durchsatzrate, relativ geringer Anzahl an Prozessschritten) und Robustheit in der industriellen Solarzellproduktion sehr verbreitet. Jedoch besitzt diese Art der Metall-Halbleiter-Kontakte im Vergleich zu mittels Hocheffizienztechnologien, wie z.B. dem Aufdampfen von Metallen und anschlie\u00c3\u0178ender galvanischer Verst\u00c3\u00a4rkung, erzeugten Metall-Halbleiter-Kontakten sowohl h\u00c3\u00b6here spezifische Kontaktwiderst\u00c3\u00a4nde (um bis zu 2 Gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178enordnungen h\u00c3\u00b6her) als auch h\u00c3\u00b6here spezifische Leitungswiderst\u00c3\u00a4nde (ca. um Faktor 2 \u00e2\u20ac\u201c 3 h\u00c3\u00b6her). Dar\u00c3\u00bcber hinaus induzieren diese Dickschichtkontakte durch Diffusionsprozesse von Verunreinigungen eine erh\u00c3\u00b6hte Rekombinationsrate in der Raumladungszone (RLZ) der Solarzelle, wodurch die Dunkels\u00c3\u00a4ttigungsstromdichte der Raumladungszone j02 erh\u00c3\u00b6ht und letztendlich die Effizienz der industriellen Siliciumsolarzelle begrenzt wird. Vor allem letzterer Verlustmechanismus ist bisher physikalisch noch nicht erkl\u00c3\u00a4rbar. Die qualitative und quantitative Verifizierung j02-bedingter Effizienzverluste und eine damit verbundene Prozessoptimierung ist also Hauptbestandteil dieses Forschungsvorhabens.Durch intensive Mikrostrukturanalysen und elektrische Charakterisierungen (sowohl experimentell als auch durch Simulation) der im Rahmen dieser Arbeit hergestellten Kontakte, sollen die Mechanismen der Kontaktbildungsprozesse \u00e2\u20ac\u201c insbesondere in Bezug auf j02 \u00e2\u20ac\u201c hinreichend aufgekl\u00c3\u00a4rt, bereits existierende Kontaktmodelle verifiziert und erweitert oder gegebenenfalls neue Modelle erarbeitet werden. Hierbei sollen jedoch sowohl die Auswirkungen vorangestellter als auch nachfolgender Prozessschritte auf den Kontaktbildungsprozess untersucht werden. Aus den neu gewonnen Erkenntnissen soll eine Optimierung der Prozessschritte hinsichtlich minimierter spezifischer Kontaktwiderst\u00c3\u00a4nde und Rekombinationsstromdichten der Raumladungszone erfolgen, um dadurch optimierte Solarzellen mit erh\u00c3\u00b6htem Wirkungsgrad herstellen zu k\u00c3\u00b6nnen. Die M\u00c3\u00b6glichkeit einen erfolgreich optimierten Prozess in die Industrie zu \u00c3\u00bcberf\u00c3\u00bchren ist also im Sinne dieser Promotionsarbeit. Die Vorraussetzungen zum Erreichen dieses Zieles sind durch die ausgezeichneten Forschungsbedingungen am Fraunhofer ISE, unter anderen durch die hochmoderne Produktionslinie und innovative Charakterisierungsverfahren im Photovoltaik-Technologie Evaluationscenter (PV-TEC), gegeben. Im bisherigen Verlauf der Promotion wurden zun\u00c3\u00a4chst sehr gute theoretische und praktische Kenntnisse f\u00c3\u00bcr die elektrische (makroskopische) und mikroskopische Analyse von Dickschichtkontakten f\u00c3\u00bcr industrielle Silicium-Solarzellen erworben. Abgesehen von ersten Untersuchungen hinsichtlich des (spezifischen) Kontaktwiderstandes siebgedruckter Vorderseiten-Silberkontakte, fand eine Fokussierung auf die Analyse der Rekombinationsverluste der Raumladungszone in Bezug auf den Vorderseiten-Metallisierungsgrad dieser Kontakte statt. Dies erfolgte, um Paralleluntersuchungen mit anderen Wissenschaftlern weitestgehend zu vermeiden und Raum f\u00c3\u00bcr (um j02) erweiterte Kontaktbildungsmodelle zu schaffen. Hierbei konnte zun\u00c3\u00a4chst eine spezielle Teststruktur entwickelt werden, mit der eine weniger Serienwiderstands-sensitive Evaluation der RLZ-Rekombinationsverluste von Dickschicht-Vorderseitenkontakten m\u00c3\u00b6glich ist. Die Entwicklung dieser Teststruktur und somit verbesserten Messmethode war Gegenstand einer ersten Publikation und diente der Erkenntniserlangung erster j02-Abh\u00c3\u00a4ngigkeiten von verschiedenen Prozessparametern. So konnte gezeigt werden, dass bei zunehmenden Vorderseiten-Metallisierungsgrad j02 bzw. die damit verbundenen F\u00c3\u00bcllfaktorverluste FF0-pFF linear zunehmen und die Spannung linear abnimmt. Der Einfluss des verwendeten Emitters und der verwendeten Siebdruckpaste konnte dabei ebenfalls quantitativ nachgewiesen werden. Au\u00c3\u0178erdem konnten einzelne, g\u00c3\u00a4ngige Bestandteile von Siebdruckpasten und Aerosoltinten als erhebliche j02-Verursacher identifiziert werden. Einige, erste Mikrostrukturanalysen zielten unter anderem darauf ab die reduzierende Wirkung eines kurzen Ag-LIP Schrittes (Light Induced Plating) auf den (spezifischen) Kontaktwiderstand nach Kontaktfeuern nachzuweisen. Hierzu sind jedoch weitere Untersuchungen n\u00c3\u00b6tig. Desweiteren stehen nun zahlreiche Probens\u00c3\u00a4tze, welche viele verschiedene Prozessparameter abdecken, f\u00c3\u00bcr umfangreiche Mikrostrukturuntersuchungen mittels zahlreicher (teils hochaufl\u00c3\u00b6sender) Analyseverfahren zur Verf\u00c3\u00bcgung. Die Ergebnisse dieser Mikro-strukturanalysen sollen letztlich der Bildung erster Teil-Strukturmodelle f\u00c3\u00bcr den stromf\u00c3\u00bchrenden Kontakt dienen. Durch iterativ aufbauende Mikrostrukturanalysen und Prozessparameteranpassungen, wird so eine Optimierung von Dickschichtkontakte f\u00c3\u00bcr hocheffiziente Industriesolarzellen verfolgt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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