Abscheidung von Antireflexionschichten aus Siliciumnitrid auf Solarzellen aus kristallinem Silizium durch PECVD Technologie.
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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.

Überblick über die Herstellung von Solarzellen

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PECVD von Siliciumnitrid-Schichten Si3N4 als Antireflexionsschicht

Um möglichst viel Licht absorbieren zu können darf möglichst wenig Licht reflektiert werden. Das kann über eine Antireflexbeschichtung der Solarzelle erreicht werden. Wenn sich reflektiertes Licht von der Oberseite und der Unterseite der Antireflexionsschicht überlagert kann es ja nach Dicke der Antireflexionsschicht zu einer Auslöschung des reflektierten Lichts kommen. Das ist der Fall, wenn die Dicke der Antireflexionsschicht 1/4 Wellenlänge beträgt. Da Sonnenlicht ein breites Spektrum von Wellenlängen umfasst und zudem der Einfallswinkel des Lichts sich über den Tag verändert, muss ein Kompromiss gefunden werden. Über die Anpassung des Brechungsindex der Antireflexbeschichtung kann die Schicht weiter optimiert werden.
In der Solartechnik wird Siliciumnitrid Si
3N4 als Antireflexionsschicht eingesetzt. Diese Schicht ist verantwortlich für die dunkelblaue Farbe von Solarzellen aus kristallinem Silicium. Die Abscheidung erfolgt plasmagestützt in einer PECVD-Anlage (plasmagestützte chemische Abscheidung aus der Gasphase).
Die PECVD Technology ermöglicht eine schnelle Abscheidung der Siliziumnitridschicht und die Kantenbedeckung ist gut. Ausgangsmaterialien sind normalerweise Silan und Ammoniak. Die Abscheidung kann bei Temperaturen unter 400°C stattfinden.

3 SiH4    +     4 NH3    →    Si3N4     +    24 H2

PECVD-Anlage für die Beschichtung von Solarzellen mit Antireflexionsbeschichtung PECVD Nitrid Reaktor
Nitrid-Plasmaabscheideanlage für Antireflexschichten von SNTEK

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