ISBN 9783843936019

978-3-8439-3601-9, Reihe Mikrosystemtechnik

Anne-Kristin Volk
Technologien zur Erzeugung einer Honeycomb-Textur auf multikristallinem Silzium

189 Seiten, Dissertation Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Eine Solarzelle wandelt einfallende Lichtstrahlen in elektrisch nutzbare Energie um. Eine Erhöhung der Photonenabsorption führt dabei direkt zu einer Erhöhung der Kurzschlussstromdichte und dadurch zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades.

Der größte Anteil der weltweit produzierten Solarzellen wird auf preiswertem multikristallinen Silizium hergestellt. Die Oberflächenstruktur wird in einer isotropen, sauren Ätzlösung erzeugt, wobei unregelmäßige sphärische Hohlräume auf der Oberfläche entstehen. Die Reflexion liegt bei 27 %.

Diese Arbeit soll einen Beitrag leisten, industriell umsetzbare und kostenreduzierende HC-Texturierungsprozesse zur Herstellung hocheffizienter Solarzellen aus multikristallinem Silizium zu entwickeln und gegenüber einer sauren texturierten Siliziumoberfläche die Zelleffizienz für PERC-Solarzellen zu steigern.

Anhand von numerischen Simulation wurde zum ersten Mal die optischen und elektrischen Eigenschaften von verschiedenen HC-Strukturen systematisch untersucht. Dabei wurde das Potenzial einer HC-Struktur von Al-BSF- und PERC-Solarzellen bis hin zum Modul analysiert.

Ein mögliches Konzept zur weiteren Verringerung der Reflexion auf multikristallinem Silizium ist die Verwendung einer hexagonalen Oberflächenstruktur, die sogenannte "Honeycomb-Textur". Es wurden zwei unterschiedliche Texturierungsansätze untersucht: Laserstrukturierung von Ätzmasken und ein UV-Nanoimprint-Lithographie-Prozess. Die Struktur wird im Anschluss mittels Ätzverfahren in das Silizium übertragen. Das Ziel war es, sowohl für das Strukturieren als auch den Strukturübertrag hochskalierbare Fertigungsprozesse zu entwickeln.

Mit beiden Konzepten war es nach Hochskalierung des Texturierungsverfahrens möglich, auf einer Zellfläche von ~243cm² einen Wirkungsgrad von 17,6% (Al-BSF-Solarzelle, Laserstrukturierung) bzw. 18,9% (PERC-Solarzelle; NIL-Prozess) zu erreichen.