Silicium – CVD und -Epitaxie

Die Abscheidung von kristallinen Siliciumschichten ist zentral für alle Dünnschichtkonzepte, die kristallines Silicium als photovoltaisch aktive Solarzellenschicht verwenden. Wir fokussieren uns seit langem auf das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD für engl. Chemical Vapor Deposition) mit Chlorsilan als Silicium-Trägergas. Dieses Gas wird bei Temperaturen bis 1300 °C in Wasserstoff chemisch zersetzt und bildet bei richtiger Prozessführung eine hochwertige Siliciumschicht. Durch geschickte Wahl von Prozesstemperatur, Gasen und Substraten kann eine so erzeugte Siliciumschicht diverse Aufgaben erfüllen.

Beispiele hierfür sind feinkristalline Verkapselungen oder Saatschichten, einkristalline Absorberschichten mit geringer Dotierung und bis zu wenige hundert Nanometer dicke, hochdotierte Emitterschichten für sowohl Dünnschicht - als auch Wafersolarzellen. Für letztere Schichten wird eine kristalline Silicium-Vorlage benötigt (z. B. eine dünne Silicium-Folie).

Weiterhin arbeiten wir an Silicium-Epitaxiemethoden zum Wachstum qualitativ hochwertiger Schichten auf atypischen Substraten, z. B. Wachstum auf poröses Silicium oder das Überwachsen von dielektrischen Schichten.

Neben der Abscheidung von Silicium beherrschen wir auch das CVE genannte Trockenätzen von Silicium mit HCl-Gas und untersuchen externes Gettern von Verunreinigungen mit HCl-Gas.

Der dem Abscheideprozess zugrunde liegende Prozess ist aus der Mikroelektronik wohlbekannt. Für die Photovoltaik muss dieser aber radikal angepasst werden: statt höchstreinen, fehlerfreien Schichten braucht die Photovoltaik mehr als 100fach höhere Durchsätze und deutlich reduzierte Kosten, toleriert dafür aber auch mehr Schichtfehler. Unsere Forschung richtet sich direkt auf diesen Anpassungsprozess aus. Hierbei entwickeln wir nicht nur neue Abscheideprozesse, z. B. Schichten variabler Dotierungen, sondern auch die notwendigen Hochdurchsatz-Anlagen.

 

Forschungsschwerpunkte:

  • epitaxiefähige Reflektoren
  • in-line Epitaxie für p-Typ und n-Typ c-Si Dünnschichtsolarzellen
  • epitaktische Silicium Emitter (p-Typ und n-Typ)
  • Entwicklung von Labor- und Hochdurchsatzreaktoren für Siliciumepitaxie

 

Labore und Ausstattung:

  • Labor-Epitaxiereaktoren (RTCVD100 / RTCVD160)
  • Hochdurchsatz-Epitaxiereaktoren (ConCVD / ProConCVD im SIMTEC)
  • mehrere Nasschemielabore zur Vorbereitung der Substrate
  • Spreading-Resistance-Profiling (SRP) zur Bestimmung von Dotierprofilen
  • Multicore-Simulationsrechner für FLUENT Simulationen