Dynamisches Magnetron-Sputterverfahren zur Vorderseitenmetallisierung kristalliner Silicium-Solarzellen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem dynamischen Magnetron-Sputterverfahren zur Vorderseitenmetallisierung kristalliner Silicium-Solarzellen. Hierbei sollte ein alternatives, industrietaugliches Vorderseitenmetallisierungskonzept mit hohem Wirkungsgradpotential entwickelt werden. Vorteile gegenüber der Siebdrucktechnologie (als Standardstandverfahren zur Vorderseiten-metallisierung für Industriesolarzellen) ergeben sich beispielsweise aus einer reduzierten Abschattung und geringen Kontaktwiderständen zwischen Metall und Halbleiter. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung der Kathodenzerstäubung zur Abscheidung metallischer Schichten ist die hohe Flexibilität bezüglich der Wahl der Metalle, wodurch spezielle Anforderungen an die Vorderseitenmetallisierung (z.B. Diffusionsbarriere, Haftvermittler) erfüllt werden können.
Neben der Diskussion verschiedener Methoden zur Charakterisierung der Schichteigenschaften (Struktur, Schichtdicke und -widerstand) werden in der Arbeit unterschiedliche Aspekte des Energieeintrages (auf das Substrat) ausführlich diskutiert. Besonders hervorzuheben sind hierbei die Untersuchungen zur Entstehung weicher Röntgenstrahlung beim dynamischen Magnetron-Sputterverfahren. Erstmalig konnte für dieses Verfahren mit unterschiedlichen Messmethoden (Diodenstrommessung und Flat-Field-Spektroskopie) experimentell der Nachweis weicher Röntgenstrahlung erbracht werden. Bei der Verwendung von Siliciumdioxid als Passivierungsschicht für Solarzellen wurde bisher die Schädigung in einer kurzwelligen Strahlung vermutet, aber für das Sputterverfahren nicht experimentell bestätigt. Zusammen mit den experimentellen Untersuchungen und den Ergebnissen aus unterschiedlich präparierten Teststrukturen wird in dieser Arbeit eine Verknüpfung zwischen der beobachteten weichen Röntgenstrahlung und der Schädigung des Siliciumdioxids hergestellt.
Aufbauend auf den Erkenntnissen sind die ersten hocheffizienten Solarzellen mit gesputterten und anschließend galvanisch verstärkten Vorderseitenkontakten entstanden. Wirkungsgrade von bis zu 21,1 % unterstreichen das hohe Potential des Magnetron-Sputterverfahrens zur Vorderseitenmetallisierung kristalliner Silicium-Solarzellen.