Blockkristallisation und Wafering

Feedstock in einem Quarztiegel für einen Block mit 85 kg.
© Fraunhofer ISE

Feedstock in einem Quarztiegel für einen Block mit 85 kg.

Die Kristallisation von multikristallinen Silicium-Blöcken erfolgt als gerichtete Erstarrung nach dem »Vertical Gradient Freeze« (VGF) Verfahren mit aktiver Kühlung. Ziel ist hierbei eine schnelle Erstarrung bei verbesserter Kristallqualität durch größere Kornstrukturen und reduzierter Anzahl mikrostruktureller Defekte. Neben einem Prozess für 250kg Silicium im industriell eingesetzten G4-Quarztiegel, wurden Prozesse für die Kristallisation von 80kg in einem Tiegel mittlerer Größe sowie von 10 bis 20kg im kleinen Tiegel bei guter kolumnarer Erstarrung etabliert.

Die Weiterbearbeitung der Blöcke erfolgt mit einer Bandsäge, die mit einem hohen Maß an Flexibilität die Erstellung beliebiger Säulenformen sowie kleinerer Proben zu Charakterisierungszwecken ermöglicht. Zur Vorbereitung des Waferns werden die Säulen mit Fasen versehen und die geschädigte Oberfläche der Seiten abgeschliffen. Mittels der industriellen Drahtsäge »DS265« und der Untersuchung verschiedener Abrasivmittel und Slurrymischungen in Kombination mit der sich anschließenden Waferreinigung,  erforschen wir die Schnittstelle zum industriellen Solarzellenprozess.

Forschungsschwerpunkte:

  • Tiegelsysteme zur planaren Erstarrung von Siliciumblöcken
  • Wechselwirkung von Tiegelmaterial und -beschichtungen mit Silicium
  • Kristallisation von UMG-Silicium unterschiedlicher Qualitäten
  • Potentialanalyse von UMG-Feedstock für Solarzellenkonzepte InertCell und EpiCell
  • Bruchverhalten von Wafern aus UMG-Silicium
  • Einfluss von Wafering und Reinigung auf Solarzelleneigenschaften

 

Labore und Ausstattung:

  • Sprühkammer und Ausheizofen für Tiegelbeschichtungen
  • Elliptischer Spiegelofen für Beschichtungstests
  • Industrienahe Kristallisationsanlage VGF 632 für mc-Si (PVA Tepla)
  • Bandsäge (Fa. Mössner) zur Siliciumbearbeitung
  • Schleif- und Fasenmaschine (Fa. Arnold GmbH)
  • Multidrahtsäge (Fa. Meyer-Burger DS265)
  • Waferreinigung im Batchbetrieb (Fa. Decker)

 

Charakterisierung von Blöcken und Wafern:

  • Oberflächenprofilometer
  • Lichtmikroskop
  • Rasterelektronenmikroskop
  • Bruchtester (Ring-on-Ring)
  • Widerstandstopographie an Säulen (Eddy-Current)
  • Minoritätsladungsträgerlebensdauermessung an Säulen (MW-PCD, QSSPC)