Beyer, EckhardLeyens, ChristophLópez Alonso, ElenaElenaLópez Alonso2022-03-072022-03-072014https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/280347Photovoltaik kann als umweltfreundliche Technologie in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Energiewandlung leisten. Die Herstellunskosten bei einem hohen Durchsatz sollen möglichst niedrig gehalten werden und dabei spielt die Entwicklung von innovativen kostengünstigen Verfahren eine wesentliche Rolle. Die Einführung von Plasmaprozessen bei Atmosphärendruck bei der Herstellung von kristallinen Siliziumsolarzellen hat das Potential, durch die Verwendung von einfachen Anlagen ohne Vakuumtechnik Kosten zu senken. Mehrere Prozessschritte können außerdem in einer einzelnen Anlage durchgeführt werden.Gegenstand dieser Arbeit sind systematische Unterschungen zum plasmachemischen Ätzen für verschiedene Schritte in der Herstellung von kristallinen Siliziumsolarzellen.Vergleiche zwischen einer Vielzahl von traditionellen und innovativen Ätzgasen, wie COF2 wurden durchgeführt. Mit dem Ätzgas NF3 und unter optimierten Bedingungen konnte eine Ätzrate von über 3,3 mm⋅m/min erzielt werden. Plasmachemisches Ätzen bei Atmosphärendruck konnte erfolgreich für die Kantenisolation von unterschiedlichen Wafersorten angewendet werden. Erheblich höhere Wirkungsgrade als für einige der herkömmlichen Technologien zur Kantenisolation wurden bei dem Rückseitenätzen ohne Ätzangriff der Wafervorderseite erreicht. Durch das Glätten der Waferrückseite wurde nachgewiesen, dass eine bessere Lichteinkopplung in der Solarzelle stattfindet. Wesentlich ist für das Glätten der Waferrückseite eine korrekte Auswahl der Ätzchemie: Beim Einsatz von SF6/O2-Gasmischungen konnte die Geometrie der Strukturen definiert kontrolliert werden. Die Optimierung der Oberfläche führte zu einer Erhöhung der Absorption des Lichtes in der Zelle im infraroten Bereich und dadurch zu einer Verbesserung der Lichteinkopplung.2. Grundlagen der Solarenergietechnik // 2.1. Theoretische Beschreibung einer Solarzelle // 2.2 Verlustmechanismen // 2.3. Einteilung der Solarzellen // 2.4. Herstellung von kristallinen Siliziumsolarzellen // 3. Plasmagestützte Silizium-Ätzverfahren // 3.1. Niederdruckplasmen // 3.2. Atmosphärendruckplasmen // 4. Plasmachemie // 4.1. Auswahl geeigneter Ätzchemikalien // 4.2. Ätzmechanismus // 4.3. Chemische Reaktionen // 4.4. Eingesetzte Ätzgase // 4.5. Umweltaspekte der verschiedenen Ätzgase // 5. Experimenteller Aufbau // 5.1. Aufbau der PECVD-Laboranlage // 5.2. Aufbau der Durchlaufanlage zum plamsachemischen Ätzen // 6. Charakterisierungsmethoden // 6.1. Rasterelektronenmikroskopie // 6.2. Atomkraftmikroskop // 6.3. Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie // 6.4. Reflexions-/Transmissions-Spektroskopie // 6.5. Mikrowellendetektierte Photoleitfähigkeit // 6.6. Gasphasen-FTIR-Spektroskopie // 6.7. Optische Emissionsspektroskopie // 7. Grundlegende Untersuchungen zum plasmachemischen Ätzen von Silizium mit halogenhaltigen Gasen bei Atmosphärendruck // 7.1. Einfluss des Ätzgases auf die Ätzrate // 7.2. Einfluss der Prozessparameter auf die Ätzrate // 7.3. Einfluss der Substrattemperatur // 7.4. Einfluss der Reaktorgeometrie auf die Ätzrate // 7.5. Einfluss der Plasmaquellengeometrie auf die Ätzrate // 7.6. Homogenität der dynamischen Ätzrate // 7.7. Anhängigkeit der Ätzrate von der Si-Kristallorientierung // 7.8. Einfluss des Ätzprozesses auf die Ladungsträgerlebensdauer im Silizium // 7.9. Zusammenfassung // 8. Ätzen der Waferrückseiten zur Kantenisolation // 8.1. Motivation // 8.2. Einfluss der Prozessparameter auf die Qualität der Kantenisolation // 8.3. AP-Plasma-Kantenisolation im Vergleich zu anderen Technologien // 8.4. Einfluss des Ätzprozesses auf die Ladungsträgerlebensdauer // 8.5. Zusammenfassung // 9. Plasmachemisches Glätten der texturierten Waferrückseite // 9.1. Motivation // 9.2. Auswahl der Ätzchemie // 9.3. Einfluss des Verhältnisses von SF6 und O2 im Ätzgasgemischauf die Oberflächenmorphologie // 9.4. Prozessevaluierung an Solarzellen // 9.5. Messungen der Minoritäts-Ladungsträgerlebensdauer // 9.6. Zusammenfassung // 10. Prozesscharakterisierung // 10.1. Motivation // 10.2. FTIR-Spektroskopie der Gasphase // 10.3.Optische Emissionsspektroskopie // 10.4. ZusammenfassungdePlasmaätzenPhotovoltaikKantenisolationGlättenProzesscharakterisierungsiliciumwafer621671doctoral thesis