Haschke, Jan: Einseitig kontaktierte amorph/kristalline Silizium Heterosolarzellen - Vom Wafer zur kristallinen Silizium-Dünnschichtsolarzelle auf Glas. , 2014
Technische Universität Berlin
https://opus4.kobv.de/opus4-tuberlin/frontdoor/index/index/docId/6543

Abstract:
Diese Arbeit beschreibt Teilschritte auf dem Weg zu hocheffizienten kristallinen Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf Glas unter der Verwendung von Silizium-Heterokontakten. Dabei wurden zunächst Kontaktsysteme auf kristallinen Siliziumwafern als Modellstruktur entwickelt und optimiert und anschließend die Erfahrungen für die Entwicklung von ähnlichen Kontaktsystemenfür neuartige flüssigphasenkristallisierte Silizium-Dünnschichtsolarzellen genutzt. Die Charakterisierung und Simulation dieser Dünnschichtsolarzellen bildete die Voraussetzung um den Herstellunsgprozess und die Eigenschaften der kristallinen Absorberschichten und der vergrabenen Siliziumgrenzfläche auf der Glas zugewandten Seite zu verstehen und zu verbessern. Den Ausgangspunkt bildeten zunächst bestehende Prozesse zur Herstellung von waferbasierten Rückkontakt-Solarzellen mit Silizium-Heterokontakten, welche optimiert und auf eine potentielle Vereinfachung hin untersucht wurden. Unter Verwendung eines Kontaktsystems mit punktförmigen Majoritäten-Kontakten konnte durch die Einführung einer Silber-Pufferschicht als direkte Kontaktschicht zum a-Si:H(n) Minoritätenkontakt auf einem p-dotierten Siliziumwafer eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 17,1% gezeigt werden. Die Effizienz dieser Solarzelle ist hauptsächlich durch einen geringen Füllfaktor limitiert, welcher auf einen nicht ausreichend entfernten a-Si:H Minoritäten-Kontakt von den zur Bildung des Majoritäten-Kontakts vorgesehenen Bereichen zurückzuführen ist. Bei einem bereits vor dieser Arbeit vom Autor mitentwickelten Prozess zur Herstellung von interdigitierenden Silizium-Heterokontakt-Solarzellen (IBC-SHJ) ist der Bereich zwischen den entgegengesetzt dotierten a-Si:H Kontakten mit einem isolierenden SiO2/SiNx-Schichtstapel passiviert. Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses für IBC-SHJ Solarzellen wurde mittels zweidimensionalen numerischen Simulationen untersucht, ob für die Passivierung dieses Bereichs auch die a-Si:H Schichten verwendet werden können. Gemäß den Simulationen ist die Verwendung des a-Si:H Minoritäten-Kontakts aufgrund einer starken Reduzierung des Füllfaktors nicht sinnvoll, die Verwendung des a-Si:H Majoritäten-Kontakts jedoch möglich. Es wurden IBC-SHJ Solarzellen hergestellt, bei denen der Bereich zwischen den Kontakten mit dem a-Si:H Majoritäten-Kontakt passiviert ist und eine vom Fraunhofer ISE unabhängig bestätigter Wirkungsgrad von 19,4% erreicht. Auf einem p-dotierten Siliziumabsorber auf einer SiOx Zwischenschicht auf Glas konnte mit dem in dieser Arbeit entwickelten FrontERA Kontaktsystem ein Wirkungsgrad von 7,8% erreicht werden. Auf n-dotierten Siliziumabsorbern, welche auf einem SiOx/SiNx/SiOx Schichtstapel auf Glas kristallisiert wurden, konnten Solarzellen mit offenen Klemmenspannungen im Bereich von 630mV bis 650mV sowie einem stabilen Wirkungsgrad von 11,5% erreicht werden. Damit gelang es erstmalig, Leerlaufspannungen von über 600mV für kristalline Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf Glas zu demonstrieren. Die nächsten Schritte auf dem Weg zu hocheffizienten kristallinen Silizium-Dünnschichtsolarzellen sind die Implementierung von bekannten, effektiven Lichteinfangstrukturen und die Optimierung der Kontaktsystem für das Erreichen hoher Füllfaktoren. Kristalline Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf Glas mit Wirkungsgraden von über 15% sollten damit ermöglicht werden.