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Ladungsträger-Haft- oder Rekombinationsstellen. Die Daten für mikrokristallines Silizium aus
unterschiedlichen Herstellungsverfahren und -bedingungen wurden zusammengestellt und
Gemeinsamkeiten und Unterschiede diskutiert (F. Finger et al. Paramagnetic defects in undoped
microcrystalline silicon, Physica Status Solidi C, 1 (2004) 1248). Art und Anzahl der Defekte sind ein
wesentliches Optimierungskriterium für µc-Si:H und von daher Gegenstand weiterer aktueller
Untersuchungen an dem Material.
Ein wichtiger Bestandteil der in Jülich entwickelten Solarzellentyps sind transparent-leitfähige
Oxidschichten, die auf der dem Licht zugewandten Seite als Kontaktschicht der Solarzellen eingesetzt
werden. Hier wurde ein neuer Prozess zur Herstellung von Oberflächen-texturierten ZnO-Schichten
mit Mittelfrequenz-Magnetronsputtern entwickelt. Dabei wurden statische Depositionsraten bis 8 nm/s
erreicht. Wesentliches Kriterium zur Optimierung der Oberflächenstruktur, die sich nach einem
nasschemischen Ätzschritt bildet, ist die Wahl eines geeigneten Arbeitspunkts beim reaktiven
Sputterprozess (J. Hüpkes, B. Rech, S. Calnan, O. Kluth, U. Zastrow, H. Siekmann and M. Wuttig,
Material study on reactively sputtered zinc oxide for thin film silicon solar cells, Proc. 5th Int. Conf. on
Coatings on Glass, Saarbrücken, Germany (2004) 895-903, eingereicht bei Thin Solid Films).
In Synergie zu den Arbeiten an Dünnschichtsolarzellen werden am IPV Sensoren entwickelt. Ein
wichtiges Ergebnis war hier die Realisierung eines Fourier-Spektrometers auf der Basis einer
transparenten pin-Diode aus amorphem Silizium mit ein Absorberlänge von nur 40 nm (H. Stiebig, D.
Knipp, S. Bhalotra, H.K. Kung, D.A.B. Miller, Interferometric sensors for spectral imaging, Sensor and
Actuators A, im Druck).
Prozesstechnologie
Aufgabe der Prozesstechnologie ist die Entwicklung und Aufskalierung von Verfahren zur Herstellung
von Solarzellen mit industrienahen Prozessen. Dazu gehört die Entwicklung von Verfahren zur
Herstellung mikrokristalliner Siliziumschichten, oberflächentexturierter TCO-Schichten und die
Entwicklung von Laserstrukturierungsverfahren. Parallel werden geeignete
Charakterisierungsverfahren entwickelt. Wichtige Ergebnisse aus dem Bereich Prozesstechnologie
sind:
Eine umfangreiche Messtechnik für Dünnschicht-Silizium-Solarmodule wurde aufgebaut. Diese
besteht aus Flasher, Filterrad-DSR-Messplatz, DC-Sonnensimulator, Thermokamera und
Klimaschrank. Durch die Modifikation des Lichtspektrums des Flashers können die Kenndaten von
amorphen, mikrokristallinen und Tandemsolarzellen mit einer Abweichung von nur ca. 2 % im
Vergleich zum DC-Sonnensimulator ermittelt werden. Diese Werte sind durch unabhängige
Messungen von NREL bestätigt worden (H. Stiebig, C. Zahren, T. Repmann, B. Rech, T. Brammer,
Analysis of thin film silicon solar modules, Proc. 19 th European photovoltaic solar energy conference
and exhibition; Paris (2004) S.1387). Dabei wurde auch der aktuelle stabile Wirkungsgradrekord des
IPV von 10,1 % für a-Si:H/µc-Si:H Tandemsolarmodule (Substratgröße 10x10 cm 2 unabhängig
bestätigt.
Mikrokristalline Silizium-Solarzellen wurden bisher vor allem für den Einsatz als Bottomzelle in
Tandemsolarzellen entwickelt. Motiviert durch die Erhöhung von Wirkungsgrad und Depositionsrate
wird auch die Anwendung als vollständig (mikro)-kristallines Si-Dünnschichtsolarmodul attraktiv. Durch
Entwicklung geeigneter Laserstrukturierungsprozesse gelang die Realisierung weltweit erster µc-Si:H
Solarmodule mit monolithischer Serienverschaltung. Dabei wurden stabile Modulwirkungsgrade von
8,1 % (Substratgröße 10x10 cm 2 ) und 7,5 % (30x30 cm 2 ) erreicht (T. Repmann, B. Sehrbrock, C.
Zahren, H. Siekmann, B. Rech, Microcrystalline silicon thin film solar modules on glass subtrates,
Technical Digest of the 14 th Intern. Photovoltaic Science and Engineering Conf. (PVSEC-14),
Bangkok, Thailand (2004) S. 1013, eingereicht bei Solar Energy Materials and Solar Cells).
Neben der Erhöhung von Wirkungsgrad und Rate ist die Abscheidung von mikrokristallinem Silizium
auf großen Flächen (1 m 2 und größer) eine technologische Herausforderung. Es gelang die am IPV
entwickelten Solarzellenprozesse (13.56 MHz, Hochdruckregime) für mikrokristallines Silizium
erfolgreich auf die großflächige Laboranlage der Firma Applied Films GmbH zu übertragen (B. Rech,
T. Repmann, S. Wieder, M. Ruske, U. Stephan, A new concept for mass production of large area thinfilm
silicon solar cells on glass, Proc. of the 5 th Int. Cof. on Coatings on Glass, Saarbrücken, Germany
(2004) S. 917, eingereicht bei Thin Solid Films).
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