ISBN 9783843928229

978-3-8439-2822-9, Reihe Physik

Yvonne Schiele
Analyse und Entwicklung von BBr3-Emitterstrukturen für dünne kristalline n-Si-PERT-Solarzellen

208 Seiten, Dissertation Universität Konstanz (2016), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Selbst zeitweilige Überangebote samt Preisrückgängen ändern nichts an den entscheidenden Tatsachen: Die Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe endet in absehbarer Zeit. Davor verursachen ihre Gewinnung und Nutzung sowie ihre Verknappung gravierendste ökologische, ökonomische und politische Schäden.

Elektrische Energie aus Sonnenstrahlung ist im Gegensatz zu allen konventionellen und zu anderen erneuerbaren Energien gleichzeitig theoretisch unbegrenzt verfügbar, frei von Katastrophenrisiken und weitgehend emissionsfrei sowie ohne Verluste und Kosten aus Umwegen über andere Energieformen produzierbar.

Die Wirtschaftlichkeit photovoltaisch erzeugter Energie wird durch deren Gestehungskosten determiniert. Bei der Senkung dieser Kosten durch Steigerung der Wirtschaftlichkeit von kristallinen Silizium (c-Si)-Solarzellen als vorherrschender Solarzelltechnik spielen die Einsparung von verwertbarem Silizium, das derzeit 40% der Kosten eines c-Si-PV-Moduls verursacht, und die Erhöhung des Energieumwandlungswirkungsgrades eine Schlüsselrolle.

Siliziummaterial wird im Rahmen dieser Dissertation mit c-Si-Wafern eingespart, die anhand einer neuen Technologie direkt auf eine Dicke von 100 μm – annähernd die Hälfte des gegenwärtigen Standards – gesägt werden. Hohe Wirkungsgrade der dünnen Solarzellen werden durch die Verwendung von n-leitend dotiertem Si ermöglicht, welches geringere Rekombinationsraten der Ladungsträger aufweist als das marktgängigere p-Typ-Si. Zudem kommen PERT-Solarzellkonzepte zum Einsatz, die wegen ihrer beidseitigen effektiven Oberflächenpassivierung durch hochdotierte Si-Schichten und Dielektrika insbesondere bei dünnen Solarzellen hohe Effizienzen ermöglichen. Darüber hinaus kann bereits durch die reduzierte Waferdicke eine Wirkungsgradsteigerung erzielt werden.

Diese Arbeit konzentriert sich besonders auf den p+-leitend dotierten Emitter als den p/n-Übergang mitbildende Schicht und damit das zentrale Element der n-Typ-Solarzelle. Das dafür eingesetzte Verfahren der Diffusion von Boratomen aus einer Bortribromidquelle (BBr3) ist die am häufigsten eingesetzte und dennoch unzureichend erforschte Technologie.

Aus diesen Zusammenhängen leitet sich das Hauptziel der vorliegenden Dissertation ab, nämlich die Analyse von BBr3-diffundierten Emitterstrukturen und deren darauf aufbauende Weiterentwicklung sowie der Einsatz dieser Boremitter in <100 μm dünnen industrienah herstellbaren n-PERT-Solarzellen mit hohen Energieumwandlungswirkungsgraden.