PV-NIL – Hochaufgelöste Strukturen für die PV mittels Nanoimprint-Lithographie (NIL)

Nanoimprint-Lithographie für höchstaufgelöste Solarzellenstrukturen

Laufzeit: April 2013 - März 2015
© Fraunhofer ISE

Abb. 1: REM-Aufnahme einer in Silicium übertragenen Struktur. Die genutzte Ätzmaske wurde mittels NIL in einem Prozessschritt übertragen.

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Abb. 2: Feinlinien-Metallkontakt mit prismatischem Profil, um effektiv die Abschattung über Reflexionseffekte zu minimieren.

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Abb. 3: Absorptionsmessungen an 200 μm dicken Solarzellen-Precursoren (mit ARC und Rückseitenmetallisierung), bei denen der Effekt von rückseitigen Beugungsgittern im langwelligen Spektralbereich untersucht wurde.

Die Miniaturisierung von Bauteilelementen ist wichtig für die Photovoltaik. Wir untersuchen Nanoimprint- Lithographie (NIL)-Prozesse, um z. B. feinste Strukturen für photonische Texturen oder sehr schmale Kontaktfinger mit definierten Geometrien zu realisieren. Dafür nutzen wir eine neue High-End-Anlage, die in einem Mask Aligner zur klassischen Photolithographie integriert ist. Damit können wir unter höchst definierten Bedingungen neue Prozesse entwickeln, die wir dann auf die eigens entwickelte Rollen-NIL-Anlage übertragen.

In der PV benötigte Strukturauflösungen sind zwar deutlich größer als in der Mikroelektronik, durch NIL-Prozesse werden hier aber auch Neuerungen denkbar. Sie verbinden die Eigenschaften feinster Strukturauflösungen, die sonst nur durch aufwendiges Elektronenstrahlschreiben möglich sind, mit großflächigen Replikationsverfahren mit sehr hohen Durchsätzen wie dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Durch die Integration des neuen NIL-Tools der Firma EVG in einen Mask Aligner können verschiedenste höchstaufgelöste Strukturen in Produkte integriert werden, die bisher nur auf kleinsten Flächen im Labormaßstab möglich waren. Für die Herstellung der Masterstrukturen nutzen wir eine Kombination diverser lithographischer Verfahren, wie Interferenzlithographie, NIL, Heißprägen und Photolithographie sowie anisotrope Ätzprozesse. Von den Masterstrukturen können dann Stempel repliziert werden, so dass verschiedenste Charakteristika in einem einzigen NIL-Schritt repliziert werden können.

Im Fraunhofer-Eigenforschungsprojekt »PV-NIL« untersuchen wir Ätzmasken, die Geometrien für eine effiziente Textur und für feinste Kontaktfinger vereinen. Wir erforschen auch die Herstellung feinster Kontaktfinger mit prismatischem Querschnittsprofil, um die effektive Abschattung zu minimieren.