Diffusionsofen für die Dotierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium c-Si.
Koyo Thermo Systems

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Solar   Dotierung   Metallisierung   ARC   a-Si:H   CdTe   CIGS   Module

Solarzellen aus kristallinem Silizium c-Si.

Die meisten heute eingesetzten Solarzellen bestehen aus kristallinem Silicum. Das Silizium kann entweder mono-kristallin oder poly-kristallin sein. Mono-kristallines Material wird durch einen Czrochalski-Ziehprozess hergestellt, während poly-kristallines Material gewöhnlich durch einen Gießprozess erzeugt wird. Das Material wird in beiden Fällen durch Drahtsägen in Scheiben zerlegt, die dann als Substratmaterial für die Solarzellen dienen.

Solarzelle

Die Solarzelle besteht also im Wesentlichen aus massivem Silizium und wird daher auch Dickschichtzelle genannt, im Gegensatz zu Dünnschichtzellen, bei denen die Halbleiterschichten auf einem Fremdsubstrat abgeschieden werden. Das Silicum ist gewöhnlich leicht p-dotiert, also leitend für positive Ladungsträger oder Löcher. Auf der Vorderseite muss durch Dotierung nun eine dünne, stark n-dotierte, also für negative Ladungsträger oder Elektronen leitende, dünne Schicht erzeugt werden. So entsteht ein p/n-Übergang, der die Ladungsträgerpaare, die bei der Absorption von Sonnenlicht erzeugt werden, auftrennt. Auf der Vorder- und Rückseite müssen nun noch metallische Kontakte erzeugt werden, um den Solarstrom abzuleiten. Auf der Rückseite wird eine vollflächige Metallisierung mit Aluminium durchgeführt, während auf der Vorderseite nur silberne Kontaktfinger aufgebracht werden, um das meiste Sonnenlicht durchzulassen. Abschließend wird auf der Vorderseite noch eine Antireflexionsschicht aus Siliziumnitrid aufgebracht, um die Absorption des Sonnenlichts zu erhöhen. Der letzte Produktionsschritt ist dann die Zusammenstellung der Solarzellen zu Solarmodulen.

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Diffusionsöfen für die Dotierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium.

Die Dotierung der oberen, stark n-leitenden Siliziumschicht erfolgt mit Phosphor als Dotieratom. Dafür gibt es zwei Verfahren:

Rohröfen für die Dotierung von Solarzellen mit Phosphoroxychlorid.

Horizontalöfen oder Diffusionöfen von Koyo Thermo Systems erlauben eine kostengünstige Dotierung mit hohen Durchsätzen. Die in diesem Modell eingesetzten LGO-Heizelemente sorgen durch ihre niedrige thermische Masse für kurze Prozeßzeiten und energiesparenden und somit kostengünstigen Betrieb der Dotieröfen. Alle gängigen Solarzellengrößen können in diesem Diffusionsofen prozessiert werden. POCl3 wird als flüssiges Dotiermittel in einem Bubbler bereitgestellt. Stickstoff streicht bei definierter Temperatur durch die Flüssigkeit und wird mit Dotiermittel angereichert. Typische Dotiertemperaturen liegen bei 800 - 900°C.

Horizontalofen  Solarzellen vor Dotierung

Die neueste Entwicklung von Koyo ermöglicht es jetzt einen kontinuirlichen Ofen für die Dotierung von Siliciumscheiben mit POCl3 einzusetzen. Die Wafer werden auf Quarzwägen mit einer Beladung von je 100 Wafern schrittweise durch den Ofen geschoben. Das Design der Wägen ist dabei entscheidend für eine gute Temperaturgleichmäßigkeit über den Wafer und beinflusst damit stark das Prozessergebniss der Dotierung mit POCl3. Gasschleusen an beiden Enden des Rohres trennen den Prozessraum von der Umgebung.

inline Rohrofen zur kontinuirlichen POCl3-Dotierung von Siliciumscheiben

Vertikalofen Für höhere Ansprüche an die Homogenität des Dotierprofils bzw. für vollautomatische Produktionsstraßen stehen Vertikalöfen zur Verfügung. Insbesondere für Anwendungen in der Solarzellenforschung und in der Entwicklung kann der kleinste Vertikalofen von Koyo Thermo Systems erfolgreich eingesetzt werden. Der Ofen Typ VF1000 ist als Minibatch-Ofen ausgelegt, besitzt eine manuelle Beladung und ist daher bezgl. der möglichen Probengrößen sehr flexibel. Der Vertikalofen ist mit einem kostensparenden LGO-Heizelement ausgestattet und die Prozeßperformance entspricht der von Vertikalöfen für die Produktion moderner ICs. Der Preis konnte in der gleichen Größenordung wie der für ein Horizontalrohr in einem Horizontalofen gehalten werden.

Für die Massenproduktion hat Koyo Thermo Systems einen speziellen Vertikalofen entwickelt, der bessere Prozeßergebnisse liefert als ein Horizontalofen, die Herstellungskosten der Solarzellen aber kaum verteuert. Der Zwillingsofen lädt 3-4 Boote in ein Vertikalrohr und hat somit eine Kapazität von 600 - 800 Solarzellen. Das entspricht der Kapazität eines 4-stöckigen Horizontalofens. Die Automatisierbarkeit ist deutlich einfacher als im Falle eines Horizontalofens.

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Durchlauföfen für die Dotierung von Solarzellen mit Dotierpaste.

Die Dotierung mit Dotierpaste arbeitet mit relativ ungefährlichen Stoffen und ermöglicht den Einsatz von relative einfachen Durchlauföfen die sehr gut für die Massenproduktion einsetzbar sind und die Eingliederung in eine automatische Produktionsstrasse ermöglichen. Die Dotierstoffe diffundieren im Ofen aus der Dotierpaste in den Siliciumwafer. Temperatur und Temperzeit bestimmen somit die Dicke der hergestellten n-dotierten Schicht. Für den Prozess können beispielsweise Koyo Durchlauföfen Typ 47-MT mit einem Kettenzugantrieb eingesetzt werden.

Durchstoßofen

Für die Forschung und Entwicklung kann der kleine Koyo Durchlaufofen Typ 810 angeboten werden, der den großen Öfen ähnelt und eine Produktionsumgebung simulieren kann.

Koyo Thermo Systems und Crystec freuen sich darauf, für sie eine kostengünstige Anlage aufzubauen, die Ihren strengsten Anforderungen entspricht.

Crystec Technology Trading GmbH diskutiert mit Ihnen gerne weitere Details.
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