ISBN 978-3-8439-1016-3

978-3-8439-1016-3, Reihe Ingenieurwissenschaften

Ulrich Jäger
Selektive Laserdiffusion für hocheffiziente Solarzellen aus kristallinem Silicium

293 Seiten, Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau (2013), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der laserinduzierten Diffusion, auch als Laserdotieren oder Laserdiffusion bezeichnet, zur Herstellung von waferbasierten, hocheffizienten Solarzellen aus kristallinem Silicium.

Nach Einführung in die für die Laserdiffusion relevante Lasertechnologie und Laser-Materie Wechselwirkung, wird das Verfahren der Laserdiffusion vorgestellt und anhand von Simulationen und experimentellen Ergebnissen diskutiert.

Die Arbeit behandelt zwei Anwendungen der selektiven Laserdiffusion bei der Fabrikation von Solarzellen: die Ausbildung eines selektiven Emitters und die eines lokalen Rückseitenfeldes.

Der selektive Emitter wird mittels Laserdiffusion aus thermisch aufgewachsenem Phosphorsilikatglas (PSG) erzeugt. Simulative Betrachtungen zeigen, dass in erster Näherung selektiv dotierte Strukturen an der Solarzellenvorderseite in Bezug auf die Leerlaufspannung und die Kurzschlussstromdichte eindimensional betrachtet werden können. Ferner wird der Einfluss der mit dem Laser hochdotierten Bereiche auf eine Solarzelle mit selektivem Emitter experimentell untersucht. Es wird dargelegt, dass selektiv laserdiffundierte Bereiche ihr Dotierprofil nur unwesentlich ändern, wenn nachgelagerte Bearbeitungsprozesse, wie eine thermische Oxidation oder nasschemisches Rückätzen, erfolgen. Die Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter auf p-Typ Silicium wird beschrieben und diese Zellen werden analysiert. Wirkungsgrade bis zu 20,0% auf großer Fläche (A = 148 cm²) werden durch den Einsatz eines selektiven Emitters erreicht. Es wird ausgeführt, wie mittels räumlicher Strahlformung industriell geforderte Taktzeiten zur Herstellung laserdotierter, selektiver Emitter erreicht werden können.

Bei der Herstellung eines lasergenerierten, lokalen Rückseitenfeldes wird die Entwicklung des Laserprozesses für den sog. PassDop Prozess für n-Typ Silicium Solarzellen beschrieben. Diese Erzeugung von lokal, hochdotierten Punktkontakten basiert auf einer Schicht von dotiertem amorphen Siliciumcarbid und einem selektiven Laserdiffusionsprozess. Nach Betrachtung des Einflusses der Dotierschicht und der Laserparameter auf die resultierende Dotierung im Silicium werden die Rekombinationseigenschaften der erzeugten Punktkontakte mit Hilfe des Modells nach Fischer untersucht. Hocheffiziente n-Typ Solarzellen mit Leerlaufspannungen von über 700 mV und Wirkungsgraden über 22% belegen die Eignung dieses Laserprozesses für eine Herstellung von Solarzellen.