Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

2 1. Einleitung
züglich Leitfähigkeit, Transparenz und Oberflächenstruktur oder aber nur zu recht hohen Kosten
erhältlich. Die Bereitstellung hochwertiger TCO-beschichteter Glassubstrate ist bei Silizium-
Dünnschichtsolarzellen für die Realisierung höherer Wirkungsgrade und niedrigerer Produktionskosten
wichtig und damit auch entscheidend für den zukünftigen, kommerziellen Erfolg
dieser Technologie. Es besteht demnach ein hoher Bedarf an der Entwicklung von hochwertigen
TCO/Glas-Substraten, die speziell für die Anwendung in Silizium-Solarmodulen optimiert
sind. Als Alternative zu dem bisher verwendeten SnO2 wird intensiv an oberflächentexturierten
Zinkoxidschichten geforscht. Zinkoxid besitzt eine höhere Transparenz und erweist sich im Gegensatz
zum SnO2 als weitgehend unempfindlich gegenüber wasserstoffhaltigen Plasmen [Minami
et al. (1989)], welche zur Präparation der Siliziumschichten mittels PECVD eingesetzt
werden. Verschiedene Forschergruppen haben Zinkoxid mit unterschiedlichen Herstellungsprozessen,
Dotierstoffen und Dotierkonzentrationen präpariert, um hohe optische Transparenz und
einen gleichzeitig geringen Widerstand zu erreichen (siehe z.B. Minami et al. (1985), Brett und
Parsons (1986), van den Berg et al. (1993), Groenen et al. (2001), Nunes et al. (2002)).
Oberflächentexturierte Zinkoxidschichten können unter anderem mittels chemischer Gasphasenabscheidung
direkt gewachsen werden. Am IPV konzentriert man sich auf Aluminiumdotiertes
Zinkoxid (ZnO:Al), welches durch Magnetronsputtern, einem in der Industrie weit
verbreiteten Verfahren, auf Glassubstrate deponiert wird. Die gesputterten und zunächst glatten
ZnO:Al-Schichten lassen sich bei geeigneter Wahl der Herstellungsparameter durch einen einfachen,
nasschemischen Ätzprozess aufrauen, um lichtstreuende Oberflächen zu erhalten. Am IPV
wurden die oberflächentexturierten ZnO:Al-Schichten zuerst von Löffl et al. (1997) entwickelt
und in weiteren Arbeiten intensiv untersucht. Unabhängig zu diesen Arbeiten hat Anna Selvan
(1998) am Institute of Microtechnology (IMT) der Universität Neuchâtel, Schweiz in seiner Dissertation
teilweise ebenfalls an oberflächentexturierten ZnO-Schichten gearbeitet. Das IMT hat
sich in weiteren Arbeiten allerdings auf die Entwicklung von rauen ZnO-Schichten mittels CVDverfhren
konzentriert [Faÿ et al. (2000, 2004)].
Der Ansatz des Sputterns und Ätzens ist für die ZnO:Al-Schichten sehr erfolgreich, die in einem
nicht-reaktiven Radiofrequenz (RF)-Sputterprozess von keramischen ZnO:Al2O3-Targets
hergestellt wurden [Rech et al. (2003)]. In einem ersten Schritt der Aufskalierung konnten
bereits exzellente amorph/mikrokristalline Solarmodule der Größe 30 × 30 cm 2 mit einem
Wirkungsgrad von 10,8 % realisiert werden. Für eine industrielle Umsetzung des ZnO:Al-
Herstellungsprozesses in eine kostengünstige Produktion eignet sich der relativ langsame RF-
Sputterprozess von keramischen Targets jedoch nicht. Als Alternative bietet sich der reaktive
Sputterprozess von kostengünstigen metallischen Targets an, mit dem hoch leitfähige und
hoch transparente ZnO:Al-Schichten mit hoher Depositionsrate demonstriert wurden [Szyszka
(1999a)].