HighVolEpi – Hochdurchsatz Siliciumbasierte Schichten und Silicium-Epitaxie für die Photovoltaik

Laufzeit: Juli 2012 - Juni 2016
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Rauschert Gruppe, Vallis Solaris
Projektfokus:
ProConCVD Anlage
© Fraunhofer ISE

ProConCVD Anlage für die Abscheidung von hochreinen Si-basierten Schichten in einem kontinuierlichen Verfahren bei Atmosphärendruck.

Graphitfaserplatte
© Fraunhofer ISE

Rasterelektronenmikroskopbild einer mit polykristallinem Siliciumkarbid beschichteten Graphitfaserplatte.

Für die Photovoltaik ist die direkte Abscheidung von kristallinen Siliciumschichten aus Chlorsilanen ein attraktiver Weg, um große Mengen an hochreinem Siliciummaterial und Energie einzusparen. Basierend auf langjährigen Erfahrungen mit CVD-Prozessen und -Anlagen hat das Fraunhofer ISE deshalb die Anlage »ProConCVD« zur Hochdurchsatzbeschichtung bei Atmosphärendruck entwickelt und gebaut. Das Projekt »HighVolEpi« hatte das Ziel, Si-basierte Beschichtungsprozesse bezüglich Schichtqualität, Schichthomogenität und Anlagenbetriebszeit zu optimieren und auf ihre Anwendbarkeit in der Photovoltaik hin zu überprüfen. Die untersuchten Prozesse waren polykristallines Si, homo-epitaktisch gewachsenes Si, polykristallines Siliciumkarbid (SiC) sowie ein wasserstoffunterstützter Reorganisationsprozess für poröse Si-Schichtstapel.

Chlorsilane direkt in eine Silicium-Absorberschicht umzusetzen - ohne den aufwendigen und verlustreichen Weg über den Siemens-Prozess ­ den sich anschliessenden Kristallisations- und Sägeprozess ­ verspricht große Einsparungen bei Material- und Energieverbrauch und ermöglicht so weitere Kostensenkungen für Photovoltaikmodule. Es ist uns gelungen, die Anforderung in der Photovoltaikindustrie, hoher Durchsatz (inline-Verfahren) bei gleichzeitig hoher Qualität der abgeschiedenen Schichten, in einer produktionsrelevanten Anlage, der »ProConCVD« (Abb.1), umzusetzen.

Im Rahmen des Projekts »HighVolEpi« wurden die bereits vorhandenen Prozesse vor allem hinsichtlich niedriger metallischer Kontaminationen und Homogenität in der Fläche optimiert. Dies erfolgte sowohl durch umfassende Simulationsarbeiten als auch durch konstruktive Verbesserungsmaßnahmen. Diese Optimierungsmaßnahmen ermöglichten erstmalig die Überführung eines Reorganisations-Prozesses von einer Laboranlage auf die inline-Anlage. Der Reorganistations-Prozess ist ein wichtiger Schritt zur Herstellung von epitaktischen Wafern, »EpiWafer« mit einer Fläche von 156 x 156 mm2. Beim Prozess werden poröse Schichtstapeln so reorganisiert, dass eine Trennschicht entsteht, die es erlaubt, den EpiWafer vom Muttersubstrat abzuheben. Darüber hinaus wurden Prozesse zur Abscheidung von polykristallinem Silicium von wenigen µm Dicke auf Oxidoberflächen hinsichtlich der Schichtdickenhomogenität verbessert. Die Beschichtung von z. B. graphitischen Bauteilen mit einer hochreinen polykristallinen SiC-Schicht (Abb.2) stellten einen weiteren Schwerpunkt im Projekt dar. Abscheideflächen von etwa 500 x 2500 mm2 mit vollständig geschlossen und konform abgebildeten Oberflächen stellten dabei den erfolgreichen Projektabschluss dar.