Vorlesung 3-8

Einfluss der Dotierung: Einerseits werden die ohmschen Verluste mit höherer Dotierung minimiert. Auf der anderen Seite steigen die Rekombinationsverluste. Diese beiden Mechanismen müssen sorgfältig ausbalanciert werden, um den Wirkungsgrad zu maximieren.

Aufbringung mittels Diffusionsverfahren:

• häufigste Verfahren Flüssigquellendiffusion

• Wafer werden vertikal in Rohrofen gebracht

• Zwei Hauptprozessschritte

  • Vorabscheidungsschritt

  • Einfahrschritt

• Vorabscheidungsschritt:

  • Flüssiges Phosphoroxychlorid mittels Stickstoff als Trägergas in das Diffusionsrohr gebracht

  • Es bildet sich eine Phosphorsilikatglasschicht auf dem Wafer

• Einfahrschritt (Drive-in)

  • Phosphorsilikatglasschicht reagiert mit dem Silizium und bildet Phosphor-Atome

  • Diffundieren mittels Sauerstoff-Zufuhr und 850 °C ca. 0,2 - 0,4 Mikrometer in den Halbleiter (n+-Emitter)

In einem chemischen Bad wird die n-Dotierung an der Rückseite entfernt, da sie dort nicht erwünscht ist.

Bei moderaten Temperaturen wird im Rohrofen noch O2 und N2 eingebracht, die dann auf der Oberfläche eine Siliziumdioxidschicht erzeugen (Passivierungsschicht)

Die Gitterfinger dienen zum Aufsammeln der Elektronen aus dem Emitter. Elektronen wandern zu den Stromschienen, wo sie über die Kabel aus dem Modul herauswandern können.

Aufbringung mittels Sieb, der an den vorgesehenen Stellen Öffnungen besitzt.

Metallpaste besteht aus 75% Silber, 20% Lösungsmittel, 5% Glasfritte

-> Silber weist sehr gute Leitfähigkeit und Löteigenschaften auf

Metallpaste wird mittels Infrarot-Licht auf 200 °C erhitzt um Lösungsmittel zu entfernen und Paste zu trocknen

Jedoch befindet sich die Passivierungsschicht noch zwischen Silberkontakten und n+-Emitter

-> Co-Firing:

• Mittel IR-Licht wird Wafer auf 850 °C erhitzt

• Glasfritte schmilzt

• Äzt an den aufgebrachten Stellen ein Loch in die Passivierungsschicht

1) Ohm’sche Verluste aufgrund des spezifischen Widerstands der Kontaktfinger:

• Lässt sich verringern durch Verkürzung der Finger + geringerer Abstand zwischen den Fingern

• oder die Fläche des Fingers vergrößern (höher und breiter machen)

• Anzahl der Stromschienen (dicken Schienen) wurde in der Vergangenheit erhöht, um die Kontaktfinger zu verkürzen

2) Ohm’sche Verluste im Emitter aufgrund des Schichtwiderstands im Emitter

• Die Verlustleistung im Emitter ist proprotional zum Fingerabstand hoch drei

• Verringerung des Fingerabstands = geringere Ohmsche Verluste im Emitter

3) Abschattungsverluste durch die Kontaktfinger

• steht im Widerspruch zu dem zweiten Punkt. Daher geeignete Flächenbelegung wählen

TOPCon = Tunnel oxide passivated Contacts

Basis- und Emitterdotierung sind entgegengesetzt

Bei der TOPCon ist der Rückkontakt und die n-Basis mittels einer Siliziumdioxid-Schicht getrennt, auf die eine n+-dotierte Polysiliziumschicht folgt.

Die Funktion ist vergleichbar mit dem BSF der PERC-Solarzelle

Funktionsweise der Siliziumdioxid-Schicht:

Theoretisch könnte das Elektron aus Sicht der klassischen Physik die Barriere nur überqueren (hin zu höherem Energieniveau), wenn es zu einer Energiezufuhr kommt. Aus Sicht der Quantenphysik ist dies allerdings nicht so. Bei extrem kleinen Teilchen (Elektron) ist der genaue Aufenthaltsort unsicher (Unschärferelation). Bei einer sehr dünnen Barriere hat das Elektron somit eine gewisse Wahrscheinlichkeit sich rechts und gleichzeitig links von der Barriere zu befinden.

Somit kann es die Barriere durchtunneln

Löcher hingegen fließen natürlicherweise zu energetischen höheren Niveaus und werden somit von der Rückseite reflektivert (selektive Passivierung)

Die ultradünne Siliziumdioxidschicht in einer TOPCon-Zelle hat wesentlich bessere Passivierungseigenschaften (von Löchern) als das Lokale-BSF in einer PERC-Solarzelle (von Elektronen)