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SIMPLEX

SIMPLEX_ICP-Plasma_Singulus-quer

Solarzellen Schicht für Schicht effizienter und preiswerter machen

Die Effizienz von Solarzellen lässt sich mit der sogenannten PERC-Technologie (Passivated Emitter Rear Cell) erhöhen. Die Stromausbeute steigt, weil die Rückseite der Solarzelle passiviert wird. Dazu werden bei der Herstellung allerdings zusätzliche Prozessschritte mit hochpassivierenden und zugleich kostengünstigen Schichtsystemen benötigt. Spezielle Passivierungsschichten wie Aluminiumoxid (Al2O3) oder Siliziumnitrid (SiNx), die mittels Plasmatechnologien auf die Zelle abgeschieden werden, spielen hier eine wichtige Rolle.

Ein Ziel des Forschungsprojekts SIMPLEX ist der Vergleich von Al2O3-Abscheidungen mittels unterschiedlicher Plasma-unterstützer Gasphasenabscheidungs-Verfahren (PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) hinsichtlich Schichtqualität und Kostenstruktur. Hierbei werden Experimente in unterschiedlichen Prozessmodulen durchgeführt und gegenübergestellt. Gegenüber dem heutigen Stand der Technik sollen die Prozesse optimiert und der Materialeinsatz reduziert werden. Außerdem werden weitere Al-basierte Schichten für ihre Eignung in kristallinen Silizium-Solarzellen untersucht und entwickelt.

Zur Erreichung der Ziele werden in SIMPLEX in-situ-Charakterisierungsverfahren eingesetzt und weiterentwickelt. Dieses betrifft zum einen elektrische und spektroskopische Messverfahren zur Charakterisierung der bei dem Beschichtungsprozess eingesetzten Plasmareaktoren und zum anderen optische und chemische Methoden zur Analyse der erzeugten Schichten. Die als Ergänzung eingesetzten ex-situ-Charakterisierungsverfahren sollen eine zusätzliche Analyse der Prozessergebnisse ermöglichen. Die Arbeiten werden partiell an bereits existierenden Plasmareaktoren und für ergänzende Messungen der Plasmaparameter und Untersuchungen des Schichtbildungsprozesses an neuen Modellreaktoren durchgeführt. Die experimentellen Arbeiten werden unterstützt durch Modellierungen des Plasmaprozesses, der Gaszuführung und -entsorgung und der Umsetzung der Gase im Plasma und an den Wänden zu schichtbildenden Molekülfragmenten.

Die entwickelten Beschichtungsverfahren werden auf kristalline Silizium-Solarzellen angewandt, die teilweise in Solarmodule integriert werden. Hierbei wird insbesondere die Langzeitstabilität der Solarzellenperformance untersucht.

Bilder

Zirkulares, induktiv gekoppeltes Plasma (ICP)
Berechnete Elektronenenergieverteilung für zirkulares ICP-Plasma
Aus ICP-Spulenstrom berechnete induzierte elektrische Feldstärke
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