MASSE - Massenfertigungstaugliche Verfahren für die Herstellung von monokristallinen Solarzellen mit 20 % Wirkungsgrad

Durchlauftempern – Hoher Durchsatz und kontrollierte Atmosphäre

Laufzeit: März 2008 - Oktober 2012
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU)
© Fraunhofer ISE

Abb. 1: Prototyp des Durchlaufofens zum Tempern kristalliner Siliciumsolarzellen mit 125 mm oder 156 mm Kantenlänge.

© Fraunhofer ISE

Abb. 2: Detailaufnahme der beiden Prozessspuren des Prototyps des Durchlaufofens zum Tempern kristalliner Siliciumsolarzellen mit 125 mm oder 156 mm Kantenlänge.

© Fraunhofer ISE

Abb. 3: Wirkungsgradverteilung monokristalliner Siliciumsolarzellen mit passivierter Rückseite, gemessen vor und nach einem Temperprozess in Formiergas.

Die meisten Hocheffizienzkonzepte für Siliciumsolarzellen weisen dielektrisch passivierte Oberflächen und/oder neuartige Metallisierungsansätze auf. Bei diesen Strukturen ist eine Temperaturbehandlung am Ende des Zellprozesses nützlich oder sogar zwingend notwendig, um hohe Effizienzen zu erreichen. Bisher werden für Temperprozesse meist kleinvolumige Quarzrohröfen eingesetzt. Diese bieten für industrielle Anwendungen jedoch nicht den nötigen Durchsatz, zudem ist eine Automatisierung aufwändig. Am Fraunhofer ISE wurde ein Durchlaufverfahren entwickelt, das Temperprozesse in kontrollierter Atmosphäre mit hohem Durchsatz ermöglicht und damit die Anforderungen industrieller Prozesse erfüllt.

Hocheffiziente Solarzellenkonzepte mit dielektrisch passivierten Oberflächen werden derzeit in die Produktion überführt. Viele dieser Passivierschichten benötigen eine Temperaturbehandlung zur Aktivierung der Passivierung. Ebenso erfordern alternative Metallisierungsverfahren, z. B. zweistufige Metallisierungen, einen Temperprozess, um die Adhäsion zu verbessern und den Übergangswiderstand zwischen Metall und Silicium zu reduzieren. In Zusammenarbeit mit dem Anlagenhersteller centrotherm photovoltaics haben wir am Fraunhofer ISE eine Prototypanlage zum Tempern im Durchlaufverfahren (Abb. 1) aufgebaut. Diese demonstriert erstmals das Tempern in kontrollierter Atmosphäre in einem durchsatzstarken Durchlaufprozess. Die bestehende Anlage ermöglicht einen Durchsatz von ca. 700 Wafern/h für Plateauzeiten von 2 min. Ein größeres System (fünf Spuren, längere Plateauzone) würde eine Steigerung auf über 3000 Wafer/h ermöglichen. Gasschleusen am Ein- und Auslauf des Ofens sorgen für eine effektive Trennung von Labor- und Prozessatmosphäre. Bei Verwendung von Formiergas kann dadurch eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 1 ppm in der Prozesskammer erreicht werden. Zur Evaluierung des Prototypsystems wurden Prozesse unter identischen Bedingungen am Durchlaufofen sowie an einem Einzelwaferreaktor als Referenzsystem realisiert. Durch den Temperprozess steigt der Wirkungsgrad von Solarzellen mit dielektrisch passivierter Rückseite deutlich an (Abb. 3). Dabei erreicht das Durchlaufverfahren ein gegenüber dem Referenzsystem gleichwertiges Niveau.