ISBN 978-3-8439-0865-8

978-3-8439-0865-8, Reihe Ingenieurwissenschaften

Ali Safiei
Laserprozessierung von multikristallinen Silizium Solarzellen und die Entwicklung selektiver Emitter

156 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein selektiver Emitter mittels der Applikation von Laserstrahlung für den Einsatz in industriellen multikristallinen Silizium-Solarzellen entwickelt. Dazu wurden erst die Laser-Materie-Wechselwirkungen, die für die Erzeugung laserdotierter Emitter verantwortlich sind, analysiert. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Analyse der Dotierprofile elektrisch aktiver Phosphoratome, die für die Kontaktbildung eine wesentliche Rolle spielen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde erstmalig ein defokussiertes gaußförmiges Strahlprofil, dessen Intensitätsverteilung durch ein Doppel-Gauß-Profil beschrieben werden kann, evaluiert und charakterisiert. Dabei konnte durch Lebensdauermessungen von Minoritätsladungsträgern gezeigt werden, dass die erzeugten Laserschäden im Falle des Doppel-Gauß-Strahlprofils im Vergleich zum fokussierten Gauß-Profil minimal sind. TEM-Analysen zeigten anschließend, dass das evaluierte Strahlprofil keinerlei Versetzungen und Gitterstörungen im Substrat erzeugt.

Im Anschluss wurden detailliert der hochohmige POCl3-Basisemitter und der Einfluss des Phosphorsilikatglases auf die Laserdotierung untersucht. Die dabei erzielten Resultate ermöglichten die Realisierung eines 160 Ω/sq-Emitters als Basis für die laserdotierten selektiven Emitter Solarzellen. Somit konnte eine Wirkungsgradsteigerung von 0,6% absolut gegenüber Solarzellen mit konventionellen POCl3-Emittern demonstriert werden. Darüber hinaus wurde erstmalig über das Auftreten von laserinduzierten elektrisch aktiven Akzeptor-Defekten berichtet, die bei der Laserdotierung entstehen. Diese Defekte verursachen eine über die Oberfläche unregelmäßig verteilte Leitfähigkeitskonversion. Es handelt sich dabei um den laserinduzierten Einbau von Sauerstoff ins Substrat. In Übereinstimmung mit dieser Interpretation konnte bei der Laserprozessierung in einer Stickstoffatmosphäre jegliche Leitfähigkeitsveränderung unterdrückt und dadurch ein absoluter Effizienzverlust von bis zu 1,2% gegenüber den in der Luftatmosphäre laserprozessierten Zellen verhindert werden.