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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-19174 URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1917/ Rentsch, Jochen
Trockentechnologien zur Herstellung von kristallinen SiliziumsolarzellenDry technologies for the production of crystalline silicon solar cells
Kurzfassung in DeutschAusgehend vom Stand der Technik wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmals die Eignung von dynamischen Plasmaätztechnologien für die industrielle Fertigung von kristallinen Siliziumsolarzellen untersucht.Die Vorgehensweise bei der Evaluierung der Technologie umfasste im wesentlichen drei Schritte: Die Charakterisierung des Ätzverhaltens einer neuartigen dynamischen Durchlaufätzanlage, die Entwickung und Analyse von geeigneten Prozessen für die Solarzellenherstellung sowie begleitend die Evaluierung der ökologischen und ökonomischen Auswirkungen einer solchen Herstellungsweise im Vergleich zum heutigen Stand der Technik. Die Charakterisierung des Ätzverhaltens wurde für zwei durch ihre Anregungsfrequenz verschiedene Plasmaquellen, eine Mikrowellen-Linear- sowie eine Niederfrequenz-Linearquelle, durchgeführt. Wesentliche Parameter waren die bei der jeweiligen Quelle zur Verfügung stehende Ionenenergie sowie die Homogenität der Plasmaausbildung über die Quellenbreite. Besonderes Augenmerk wurde auf die Maximierung der dynamischen Ätzrate gelegt, da diese im wesentlichen für eine zukünftige Produktionsanlage die Anlagengrösse und damit den Materialdurchsatz pro Stunde bestimmt. Es konnten signifikante, die Ätzrate beeinflussende Faktoren, wie etwa das Material und die Beschaffenheit des Transportcarriers, die Siliziumbeladung des Carriers oder aber auch die Prozesstemperatur, gefunden werden. Somit konnte die Eignung der Plasmaätztechnologie für die Gewährleistung eines Durchsatz von mindestens 1000 Wafern/h und die damit minimal zu erreichenden dynamischen Ätzraten für die entsprechenden Ätzprozesse abgeschätzt werden. Die Entwicklung verschiedener Ätzprozesse wurde auf eine vollständig trockene Solarzellenherstellung im Durchlaufbetrieb ausgerichtet (siehe Abbildung 8.1), d.h. die einzelnen Ätzprozesse mussten neben den hohen Anforderungen bezüglich der Produktivität auch eine ausreichende Reproduzierbarkeit garantieren. Ein Konzept für eine innovative Plasma-basierende Durchlaufprozessierung wurde vorgestellt, bei der mehrere Ätz- bzw. Beschichtungsprozesse in sogenannten Anlagenclustern zusammengefasst werden konnten. Dies vereinfacht zum einen die Waferhandhabung erheblich, zum anderen wird durch die Kombination der Prozesse ein deutliches Kosteneinsparpotential erreicht. Für multikristalline Siliziumsolarzellen ergab sich mit diesem Konzept bei gleich angenommenen Wirkungsgrad eine Reduzierung der Herstellungskosten gegenüber der herkömmlichen nasschemischen Prozessierung um 5 %. Werden zusätzliche Vorteile der Plasmaverfahren bei multikristallinem Silizium, wie etwa die Möglichkeit einer effektiven Texturierung der Oberfläche und damit verbunden eine signifikante Wirkungsgradsteigerung erreicht, kann trotz der aufwändigeren Vakuumtechnik eine weitere Reduzierung der Herstellungskosten erreicht werden.
Kurzfassung in EnglischWithin this work, dynamic plasma etching technologies for the industrial production of crystalline silicon solar cells has been investigated. The research activity can be separated into three major steps: the characterisation of the etching behaviour of a newly developed dynamic plasma etching system, the development and analysis of dry etching processes for solar cell production and the determination of the ecological and economical impacts of such a new technology compared to standard up to date technologies.The characterisation of the etching behaviour has been carried out for two different etching sources, a low frequency (110 kHz) and a microwave (2.45 GHz) plasma source. The parameter of interest was the delivered ion energy of each source mainly determining the reachable etch rate. The etch rate turned out to be the main most critical parameter concerning the reachable wafer throughput per hour. Other points of interest in characterisation of the etching system were the material of the transport carriers, the silicon load as well as the process temperatures. The development of different dry etching processes targets the design of a complete dry production process for crystalline silicon solar cells. Therefore etching processes for saw damage removal, texturing, edge isolation as well as etching of dielectric layers have been developed and optimised. The major benefits of a complete dry production process would be the reduction of handling steps in between process steps and therefore offers a large cost reduction potential. For multicrystalline silicon solar cells a cost reduction potential of 5 % compared to a standard wet chemical based reference process could be realized only including the dry etching of a phosphorus silicate glass layer after diffusion. Further reduction potential offers the implemetation of a dry texturing process due to a significant efficiency increase.
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