Materialanalyse und -qualifizierung

Die Materialqualität des für Solarzellen eingesetzten Siliciums hängt stark ab vom verwendeten Feedstock und Kristallisationsprozess. Das Fraunhofer ISE erstellt detaillierte Analysen der wirkungsgradlimitierenden elektrischen Eigenschaften, im Hinblick auf maximal erreichbaren Wirkungsgrad, Rekombinationslebensdauer, Verunreinigungsgehalte und kristallographische Struktur.
Die Materialqualität kann in Abhängigkeit von Blockhöhe, Prozesstemperaturen und Getterschritten bestimmt werden. Wir entwickeln und simulieren angepasste Prozesse zur Materialverbesserung und analysieren alle waferbasierten Siliciummaterialien wie mono- und multikristallines Silicium, Silicium aus alternativem Feedstock (insb. umg-Silicium, kompensiertes Silicium) und bandgezogenes Material.

Für die Analysen stehen am Fraunhofer ISE zwei Hauptrouten zur Verfügung:

• Wafer- und Zellanalyse im industriellen Maßstab mit größeren Stückzahlen in der Forschungslinie PV-TEC
• Reinraumprozessierung, kombiniert mit grundlegender und fortgeschrittener Materialcharakterisierung

Die erste Route verbindet schnelle Inline- und Offline-Charakterisierung von Wafern und Solarzellen mit industriekompatiblen Prozessen auf großen Stückzahlen, um Materialqualität und Wirkungsgradpotenzial mit ausreichender Statistik zu bestimmen. Die zweite Route ermöglicht einen tieferen Einblick in die wirkungsgradbegrenzenden Materialdefekte durch fortgeschrittene Materialcharakterisierung und Hocheffizienz-Zellprozessierung zur Abschätzung des maximalen Wirkungsgradpotenzials.
Weitere Forschungsschwerpunkte sind Untersuchungen zur Cz-Degradation, zu Materialeigenschaften in kompensiertem Material, zur chemischen Materialanalyse und zum Präzipitationsverhalten von metallischen Verunreinigungen mit mehrdimensionalen Simulationen und Experimenten an Synchrotronquellen.

 

Methoden und Ausstattung

Neben Standard-Methoden zur Basischarakterisierung verfügen wir insbesondere über folgende Möglichkeiten:

 

Inline:

• Eingangskontrolle (Geometrie, Ausbrüche, Dickentopographie)
• Analyse von Mikrorissen, Ausscheidungen
• Basiswiderstand
• Lebensdauermessung

 

Offline:

• Photolumineszenz-Imaging: (Versetzungsdichten am as-cut Wafer, Lebensdauer, Eisenverteilung)
• Elektrolumineszenz-Imaging
• Lumineszenzspektroskopie (PL/EL)
• Versetzungsdichteanalyse (EPD)
• REM-Analyse: Kristallorientierung und Korngrenzen-Klassifizierung (EBSD), Rekombinationsaktivität (EBIC), Chemische Zusammensetzung (EDX), Lumineszenz (CL)
• Thermographie-Imaging: Shuntanalyse, Lebensdauermessung, Haftstellenanalyse
• Fourierspektroskopie: Sauerstoff- /Kohlenstoffanalyse
• Hall-Messungen
• Chemische Analyse auf Metalle und Dotierstoffe (ICP-OES, AAS)
• Simulation von Temperaturprozessen mit Sentaurus