Kurzbeschreibung des Promotionsvorhabens:

„PVD-Metallisierungsverfahren für kristalline Silizium-Solarzellen.“

Neben der Verwendung von immer dünnerem und größerem Material wird eine Steigerung des Wirkungsgrads bei der Fertigung von kristallinen Silizium-Solarzellen angestrebt. Dieser ist bei industriell hergestellten Solarzellen verglichen mit im Labor gefertigten, hocheffizienten Solarzellen durch verschiedene Faktoren und bestehende Prozessierungstechnologien limitiert. Im Rahmen der Dissertation wird größtenteils eine Prototypanlage zur flexiblen Beschichtung von kristallinen Silizium-Solarzellen mit diversen Metallschichten genutzt und weiter optimiert. In dieser Anlage besteht die Möglichkeit zum thermischen Verdampfen sowie zum Sputtern diverser Metallschichten. Darüber hinaus werden an weiteren Laboranlagen Referenzprozesse sowie grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden können. Die Dissertation gliedert sich dabei thematisch in verschiedene Schwerpunkte:

– Es sind die Rahmenbedingungen zu untersuchen, welche für einen ausreichend guten Metallisierungsprozess notwendig sind. Hierbei handelt es sich vor allem um Faktoren wie Reinheit der Anlage bzw. Verunreinigungen oder die Güte des Vakuums.

– Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der aufgebrachten Schichten soll analysiert und aufeinander angestimmt werden. Dabei sind beispielsweise Faktoren wie Haftfähigkeit, Leitfähigkeit, Lötbarkeit sowie deren Eignung für diverse Folgeprozesse wie eine galvanische Verstärkung von Interesse

– Der Einfluss der Beschichtung auf die Solarzelle soll untersucht werden. Geht man beispielsweise vom thermischen Bedampfen aus, so kann das Substrat je nach verwendeter Schichtdicke bereits Temperaturen erreichen, welche weitere Prozesse initiieren. Dadurch können beispielsweise dielektrische Schichten zerstört oder Diffusionsprozesse beschleunigt werden. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass bei der Sputterbeschichtung die vorhandene kinetische Energie der Metallpartikel zu Schädigungen im Material führen kann. Auch hier ist eine grundlegende Untersuchung des Einflusses der Abscheideparameter auf die zu beschichtenden Substrate und eine anschließende Optimierung des Prozesses hinsichtlich einer möglichst geringen Schädigung durchzuführen.

– Nach einer grundlegenden Evaluation der PVD-Prozesse sollen unter deren Verwendung Teststrukturen sowie hocheffiziente Solarzellen zu Optimierungs- und Charakterisierungszwecken hergestellt werden. Diese Charakterisierungen können mit Hilfe von zahlreichen Messapparaturen erfolgen. Eine Analyse der Schichtdicke und Schichtzusammensetzung kann beispielsweise mit Hilfe von Licht- und Rasterelektronenmikroskop sowie verschiedenen Profilometern erfolgen. Die eventuell durch den Prozess auftretende Schädigung lässt sich durch Lebensdauer- und Kennlinienmessungen an geeigneten Teststrukturen ermitteln. Darüber hinaus steht eine Vielfalt von weiteren Sondercharakterisierungsanlagen und Messmethoden am Institut zur Verfügung. Über Kooperationen bestehen darüber hinaus Zugangsmöglichkeiten zur weiteren Charakterisierungsmöglichkeiten wie SIMS und TEM.