Fraunhofer-Gesellschaft

Publica

Hier finden Sie wissenschaftliche Publikationen aus den Fraunhofer-Instituten.

Weiterentwicklung einer Durchlauf-Epitaxieanlage und Implementierung einer turbulenten Gasführung

 
: Keller, M.

:
Fulltext ()

Göttingen: Cuvillier, 2015, 135 pp. : Ill.
Zugl.: Freiburg/Brsg., Univ., Diss., 2014
Zwischen den Welten, 1
ISBN: 978-3-7369-9024-1
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer ISE ()

Abstract
Die Motivation dieser Arbeit ist die Realisierung von kristallinen Siliziumdünnschichtkonzepten, welche den Vorteil eines hohen Wirkungsgradpotentiales mit geringem Materialverbrauch zusammenbringen. Zur Realisierung dieser Konzepte ist eine CVD-Abscheideanlage notwendig, welche im industriellen Maßstab und mit der erforderlichen Qualität epitaktische Siliziumschichten herstellen kann. Aus diesem Grund wurde mit der ConCVD (Continuous Chemical Vapor Deposition) die erste CVD-Anlage entwickelt, welche im kontinuierlichen Durchlaufbetrieb Wafer beschichten kann und mit einer Kapazität von 1,5 m²/h ein Bindeglied zwischen den Laboranlagen und einer Produktionsanlage darstellt. Des Weiteren gibt es in der ConCVD zwei Abscheidekammern, um den Bulk und den Emitter einer Solarzelle in einem Durchlauf zu fertigen.
Für die industrielle Umsetzung von kristallinen Silizium-Dünnschichtsolarzellen mit Hilfe der ConCVD, mussten Verbesserungsmaßnahmen identifiziert und umgesetzt werden, welche einen stabilen Betrieb und bessere Wachstumsbedingungen ermöglichten. Dabei ist die Anpassung der Strömungsleitung, der Umbau der Gasauslässe und die Minimierung von Wärmeverlusten zu nennen.
In der Reaktionskammer 1 verbesserten die Implementierung einer Prebakezone und die Optimierung der Absaug- und Einlassgeometrie die Abscheidebedingungen.
Da in der Reaktionskammer 2 keine vollflächige Abscheidung möglich war, wurde eine turbulente Gasführung realisiert, bei welcher die eingelassenen Precursor in der Kammermitte kollidieren und sich so gleichmäßig auf den seitlich befindlichen Wafern niederschlagen. Verglichen mit der laminaren Kammer 1 konnte auf diese Weise die Precursorausbeute von 21% auf 44% mehr als verdoppelt, die Dickenhomogenität von 41% auf 100% der Fläche optimiert, die parasitäre Abscheidung um 30% reduziert und die Wachstumsrate von 0,5 µm/min auf 0,8 µm/min gesteigert werden.
Grundlage dieser Verbesserungen waren theoretische Berechnungen und Simulationen welche sich mit der Übersättigung auf der Waferoberfläche beschäftigten. Aufgrund dieser Berechnungen wurde HCl während den Prozessen zugemischt, wodurch sich die Schichtqualität in der Kammer 2 (Tmax=1000°C) auf eine Etch-Pit-Density von 2,2e5 cm-2 deutlich verringert werden konnte. Durch HCl-Zumischung konnte die Etch-Pit-Density der Kammer 1 ebenfalls erniedrigt werden und erreichte einen Wert von 1,9e4 cm-2. Des Weiteren konnten auf der Grundlage der theoretischen Berechnung zur Übersättigung kristallographische Effekte von Schichten aus der ConCVD identifiziert und erklärt werden.
Durch die Verbesserungen am Aufbau und der Erniedrigung der Übersättigung, konnte der Solarzellenwirkungsgrad einer Schicht aus der ConCVD von 5,4% auf 14,1% zum Ende dieser Arbeit gesteigert werden. Berechnungen mit PC1D ergaben, dass die Schichtqualität ausreichend war um bei einer optimalen Dotierung 16,5% zu erzielen.

 

For using thin film techniques in low cost applications without disclaiming the advantages of a crystalline layer, high throughput CVD equipment is needed on an industrial scale. This work reports the development of the continuous CVD (ConCVD) of the last years.
Improvements of the setup lead to stable growing conditions in both reaction chambers of the ConCVD. For further improvement, the theoretical background was investigated with attention to the Jackson factor and the supersaturation. With this improvement, the efficiency of a solar cell could be increased from 5.4 to 14.1%.
To fulfil the needs of industry, a new turbulent gas mixture was implemented in one of the reaction chambers. With this setup, the homogeneity, the growth rate and the gas yield could be increased dramatically.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-389282.html