Entwicklung eines mittels Laser hergestellten Kontaktsystems für polykristaline Silizium-Dünnschicht
In diesem Forschungsprojekt befasst man sich mit der Entwicklung der neuartigen Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von flüssigphasenkristallisiertem Silizium auf Glas. Da nur sehr wenig des aktiven Materials (Si) erforderlich ist und zudem die Möglichkeit besteht, dieses Material direkt auf großen Substraten abzuscheiden, bieten Dünnschichtsolarzellen ein großes Potenzial bei der Senkung der Herstellungskosten an.
Dieses Projekt konzentriert sich zudem auf laserbasierte Lösungen zur Herstellung des Kontaktierungssystems von polykristallinen Dünnschichtsolarzellen und vor allem auf das Abtragen einer Isolationsschicht aus weißer Farbe. Diese spezielle Schicht muss geöffnet werden, um die Öffnungen mit Metall zu füllen, so dass der Strom von der Solarzelle fließen kann. Für die Herstellung des Kontakts durch die Öffnungen in weißer Farbe ist unter anderem auch eine chemische Behandlung der Proben (Reflow-Prozess) erforderlich, welche detailiert in dieser Arbeit untersucht wurde.
Die Ergebnisse der morphologischen Analyse der mittels Laser behandelten Farbe werden anhand von Bildern dargestellt, die mittels optischer Mikroskopie oder Raster Elektron Mikroskopie (REM) aufgenommen wurden. Es wurde gefunden, dass die Öffnungen mit Laserpulsen von Pikosekunden und infraroten Wellenlängenbereich die beste Qualität haben. Die Energien die erforderlich waren, um die weiße Farbe zu öffnen, wurden bestimmt. Sie sind im Bereich von 17µJ bis 54 µJ, und deuten auf breites Bearbeitungsfenster hin. Es wurde gezeigt, wie fließend der Übergang und glatt die Seite der Öffnungen nach dem Reflow-Prozess wird.
Ebenso werden elektrische Eigenschaften der bearbeiteten Schichten vorgestellt, die auf ein hohes Potenzial hindeuten. Um die Qualität des Kontaktes zu testen wurde die Transferlängenmethode benutzt. Kontaktwiderstand wurde erreicht, der im gewünschten Bereich liegt (1-10 O), um einen guten Solarzellenkontakt zu bilden. Die Solarzellen mit Kontakten wurden untersucht, die mittles Photolithographie hergestellt wurden und es wurde versucht, die Farbschicht zwischen den Kontaktfingern der Solarzelle zu öffnen. Die Parameter der Zelle wurden vor und nach der Laserbehandlung mit dem Sonnensimulator gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, die Isolationschicht mit Energien zu öffnen, die fast keinen Einfluss auf die Leistung der Zelle haben. Am Ende des Projekts sind es die ersten voll funktionsfähigen Solarzellen mit diesem Kontaktierungssystem hergestellt worden.