ISBN 9783843908207

978-3-8439-0820-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Tobias Röder
Lasermetallisierung für Siliziumsolarzellen

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

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht eine neu entwickelte Laserfeinlinienmetallisierung zur Kontaktierung von Halbleitersubstraten im Hinblick auf die Eignung als Vorderseitenmetallisierung für Siliziumsolarzellen. Die Laserfeinlinienmetallisierung besteht aus zwei Prozessschritten: der erste Schritt dient zur Kontaktierung des Solarzellenemitters und der zweite zur Erhöhung der Linienleitfähigkeit. Dazu transferiert im ersten Prozessschritt ein gepulster Laser eine dünne Nickelschicht von einem optisch transparenten Träger auf die Solarzelle. Als Trägermaterial dient eine einseitig mit Nickel beschichtete Glasscheibe, die mit der Nickelseite auf die Solarzelle platziert wird. Durch den Glasträger hindurch erhitzt und schmilzt der Laserstrahl das Nickel lokal. Der an der Glas/Nickel-Grenzschicht entstehende Dampfdruck sprengt die Nickelschicht ab und transferiert sie auf die Solarzelle. Nachfolgende Laserpulse treiben die transferierten Nickelpartikel durch die Antireexionsschicht. Die Breite des Laserfokus gibt die Kontaktbreite vor, wodurch Kontaktbreiten b < 10 µm mit einem exzellenten spezifischen Kontaktübergangswiderstand unterhalb 1 mOhmcm2 erreicht werden. Im zweiten Prozessschritt verstärkt ein Galvanikprozess die lasertransferierten Kontakte zur Verbesserung der Linienleitfähigkeit.

Die numerische Modellierung des Abscheideprozesses von dünnen Nickelschichten zeigt, dass vor allem verdampfende Glaskomponenten und nicht die Nickelverdampfung zur Bildung des Dampfdrucks an der Glas/Nickel-Grenzfläche beitragen. Das Modell erklärt dadurch das Vorhandensein von Glaskomponenten wie z.B. Natrium auf den lasertransferierten Nickelpartikeln. Das Modell berechnet den Temperaturverlauf in der Nickelschicht sowie dem Glasträger und bestimmt den an der Grenzfläche entstehenden Gasdruck. Dadurch kann das Modell die Schwellenergiedichte sowie den Abscheidezeitpunkt für verschiedene Nickelschichtdicken, Laserpulsenergien sowie Laserpulsdauern voraussagen. Der Vergleich zwischen experimentell ermittelten und modellierten Schwellenergien sowie Abscheidezeitpunkten zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.

Erste, mit industrienahen Prozessen hergestellte 4 cm2 große selektive Emitter- Solarzellen mit einer Nickel/Kupfer Laserfeinlinienmetallisierung erreichen Umwandlungswirkungsgrade größer 17% sowie hohe Füllfaktoren.