Untersuchung von Grenzflächen zwischen kristallinem Silicium und Al2O3-Passivierungsschichten

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Elsässer; Professor Dr. Stefan Weber; Professor Dr. Eicke Weber
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 192806205

Gegenstand des beantragten Projektes ist die Entwicklung einer funktionellen Oberflächenpassivierung für die Rückseite kristalliner Siliciumsolarzellen. Dies ist derzeit eines der wichtigsten Forschungsthemen für die Umsetzung hocheffizienter Solarzellenkonzepte in die industrielle Produktion.Aufgrund der günstigen Oberflächenbandverbiegung bildet eine Passivierung mittels Aluminiumoxidschichten (Al2O3) eine vielversprechende Variante für die Rückseitenpassivierung. Klassischerweise werden diese Schichten mittels atomic layer deposition (ALD) abgeschieden. Die ALD–Technik ist jedoch für die industrielle Fertigung von Solarzellen eine zu zeitaufwändige Abscheidemethode, weshalb an einer Al2O3- Abscheidung durch kostengünstige und schnelle Verfahren wie der plasmaenhanced chemical vapor deposition (PECVD) geforscht wird. Bezüglich einer einfachen Eingliederung in einen Solarzellenherstellungsprozess sollte die Rückseitenpassivierung einem kurzen Hochtemperaturschritt von über 800 °C standhalten. Außerdem hat im Solarzellenherstellungsprozess die zu passivierende Siliciumoberfläche im Allgemeinen eine von einer anisotrop eingeätzten Textur isotrop zurückgeätzte Struktur, die sowohl keine definierte Oberflächenorientierung darstellt als auch eine erhebliche Restrauhigkeit aufweisen kann. Die Eigenschaften von auf verschiedene Weisen abgeschiedenen Al2O3-Passivierungsschichten, sowie der Einfluss einer rauen Oberfläche auf die Al2O3-Passivierung sollen im Rahmen dieses Projekts untersucht werden.Weiterhin soll die thermische Stabilität der Schichten untersucht werden. Hierzu sollen Siliciumwafer mit kristallographisch definierten Oberflächen sowie mit isotrop zurückgeätzten Oberflächen durch ALD- sowie PECVD-Al2O3-Schichten passiviert werden und verschiedenen Hochtemperaturbehandlungen unterzogen werden. Die Passivierungswirkung soll an Hand von Photoleitfähigkeitsmessungen sowie Photolumineszenzmessungen untersucht werden. Für ein besseres Verständnis der auftretenden Grenzflächendefekte werden die verschiedenen Proben mittels electron paramagnetic resonance (EPR) Spektroskopie ausgiebig charakterisiert werden. Elektronische Grenzflächeneffekte sollen ergänzend mittels Oberflächenphotospannungsmessungen (SPV) in Verbindung mit Koronaaufladung untersucht werden.Für ein theoretisches Verständnis von Zusammenhängen zwischen elektronischen Defektzuständen und atomistischen Defektstrukturen an Si/Al2O3- Grenzflächen werden ab-initio-Berechnungen auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie (DFT) durchgeführt, deren Ergebnisse zur besseren Interpretation der experimentellen Resultate dienen sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Rüdiger-A. Eichel; Dr. Jochen Rentsch