ISBN 978-3-8439-0312-7

978-3-8439-0312-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Sebastian J. Eisele
Laserdotieren von Siliziumsolarzellen

154 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht das Laserdotieren von Silizium und seine Eignung für die Solarzellenherstellung. Eine neu entwickelte Sputtermethode beseitigt die Nachteile der bisher verwendeten Dotierpasten in Form von Dotierinhomogenitäten. Die Kathodenzerstäubung ermöglicht die reproduzierbare Herstellung von Schichten mit Dicken von wenigen Nanometern sowie hoher Reinheit und ist somit der ideale Prozess zum Aufbringen der Dotierstoffe für die Laserdotierung. Neben dem Sputtern von elementarem, roten Phosphor als Dotierquelle für die n-Typ Laserdotierung beschäftigt sich die Arbeit mit dem Laserdotieren von gesputterten Bor für die p-Typ Dotierung.

Die vorliegende Arbeit unterscheidet zwischen zwei Laserdotierprozessen: i) dem ganzflächigen Laserdotieren von gesputterten Dotierschichten und ii) dem selektiven Nachdotieren von ofendiffundierten Emittern.

Bei den ganzflächig laserdotierten Solarzellen mit gesputterter Phosphorquelle gelingt ein neuer Wirkungsgradrekord mit 18.9%. Eine Leerlaufspannung von 677 mV beweist die Vergleichbarkeit der Laserdiffusion mit der Ofendiffusion. Da diese Zellen bisher auf eine Vorderseitentextur verzichten, könnte durch den Einsatz einer Textur die Kurzschlussstromdichte so erhöht werden, dass die Solarzelleneffizienz der laserdotierten Zellen auf über 21% ansteigt.

Das selektive Nachdotieren führt zu einem selektiven Emitter, der einen Wirkungsgradgewinn von 0.5% absolut bei industriellen Solarzellen bewirkt. Dabei erhöht der Laserprozess die Dotierung unter den siebgedruckten Vorderseitenkontakten und erlaubt so im Zwischenfingerbereich der Solarzelle eine geringere Dotierung und damit weniger Augerrekombination. Der selektive Emitterprozess verändert dabei das Emitterprofil von einer flachen Fehlerfunktion zu einer Gaußfunktion. Die Änderung im Dotierprofil ermöglicht einen exzellenten elektrischen Kontakt zwischen den Siebdruckfinger und dem Emitter, was bei einem schwach dotierten Emitter nicht möglich wäre.

Im letzten Teil der Arbeit dienen numerische Simulationen der Laserdotierung dem Verständnis des Prozesses und helfen dabei, die Einflüsse der verschiedenen Prozessparameter zu verstehen. Die Untersuchung der laserinduzierten Ausdiffusion von bereits in das Silizium eingebauten Dotierstoffen erfolgt ebenfalls durch ein Simulationsprogramm. Mit Hilfe von experimentellen Ergebnissen gelingt der Simulation die Bestimmung der Ausdiffusionsrate von Phosphor in flüssigem Silizium.