Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)

Großflächige Abscheidung von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem hydrogenisiertem Silizium (a-Si:H) mit dem Hot-WireVerfahren

Die derzeitige Entwicklung der Photovoltaik gliedert sich in zwei Hauptgebiete: die Dickschichttechnik zur Herstellung von Solarzellen aus kristallinem Silizium (c-Si) und die Dünnschichttechnik, bei der mit Hilfe unterschiedlicher Depositionsverfahren Solarzellen aus amorphem hydrogenisiertem Silizium (a-Si:H) oder aus anderen Ausgangsmaterialien (CdTe, CuInSe2, ...) hergestellt werden. Gegenüber den zur Zeit noch stärker verbreiteten Solarzellen aus kristallinem Silizium bieten Dünnschichtsolarzellen wesentliche Vorteile: Neben der Möglichkeit zur Beschichtung großer Flächen mit integrierter Serienverschaltung können Dünnschichtsolarzellen mit geringerem Material- und Energieaufwand hergestellt werden. So beträgt die Energierücklaufzeit von kristallinen Solarzellen etwa drei Jahre, während man bei Dünnschichtsolarzellen von 6 – 12 Monaten ausgeht. Die Nachteile der a-Si:H-Technologie liegen in dem gegenüber kristallinen Zellen geringeren Wirkungsgrad sowie der Abnahme des Wirkungsgrades unter Beleuchtung.

Zur industriellen Herstellung von a-Si:H-Solarzellen wird zur Zeit ausschließlich die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD = Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) eingesetzt. Probleme bereiten dabei vor allem die Realisierung hoher Depositionsraten und die verwendete relativ aufwendige Hochfrequenztechnik. Eine Alternative könnte das Hot-Wire-Verfahren sein, bei dem die Abscheidung von a-Si:H durch Zersetzung von Silangas an einem heißen Tantal- oder Wolframdraht erfolgt. In einigen Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß mit diesem Verfahren qualitativ hochwertiges Material sowie a-Si:H-Solarzellen im Labormaßstab hergestellt werden können. Ziel ist es nun, die Deposition von a-Si:H mit dem Hot Wire-Verfahren auf die Beschichtung größerer Substratflächen zu übertragen. Dabei soll gezeigt werden, daß a-Si:H mit dieser Technologie auf einer Fläche von 30 x 30 cm² mit guter Qualität und Homogenität abgeschieden werden kann. Der konstruktive Teil der Arbeit umfaßt die Entwicklung eines Hot-Wire-Gittersystems aus Tantaldraht, das eine homogene Abscheidung bei guter Schichtqualität ermöglichen soll, die Auswahl einer geeigneten Substratheizung, die das zu beschichtende Substrat möglichst gleichmäßig auf 200°C heizt, sowie die Realisierung einer Gaszuführung, die eine gleichmäßige Gasverteilung gewährleisten soll. Der Einfluß der Parameter Filamenttemperatur, Substrattemperatur, Silanfluß, Prozeßdruck und Abstand zwischen Hot-Wire und Substrat auf die Schichteigenschaften soll untersucht und ein optimaler Parametersatz für die Herstellung solarzellentauglicher Schichten gefunden werden. Gleichzeitig wird das Hot-Wire-Gittersystem sowie die Gaszuführung anhand der Versuchsergebnisse weiter optimiert. Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen und dem Vergleich mit Versuchsergebnissen bestehender Laboranlagen erhofft man sich weitere Einsichten zum Verständnis der Hot-Wire-Deposition von a-Si:H, die in eine Simulation des Prozesses Eingang finden können und für den Aufbau eines industriellen Herstellungsprozesses von Bedeutung sind.

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