Process Tuning Box stabilisiert Herstellungsprozess von Si-Dünnschichtsolarzellen

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An der Beschichtungsanlage lassen sich bei Next Energy Silizium-Dünnschichtsolarzellen mit Wirkungsgraden von über zehn Prozent reproduzierbar herstellen. (Bild: Next Energy)

Das Interesse der Photovoltaik-Forschung am EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie Next Energy richtet sich auf die Silizium-Dünnschichttechnologie. Vorrangiges Ziel ist eine signifikante Effizienzsteigerung der Zellen. Forschungsergebisse von der Simulation bis hin zur Prozesskontrollepräsentiert das Institut auf der EU PVSEC 2011 in Hamburg.

Um die Wirkungsgrade von Solarzellen gezielt optimieren zu können, haben die Next Energy-Wissenschaftler Computermodelle entwickelt, die sowohl die elektrischen als auch die optischen Eigenschaften von Solarzellen in bis zu drei Dimensionen simulieren. Mit den Daten lassen sich neue Designkriterien erarbeiten, die höhere Wirkungsgrade der Solarzellen ermöglichen.

Process Tuning Box überwacht und regelt chemische Gasphasenabscheidung

Für die Herstellung entsprechender Silizium-Dünnschichtsolarzellen verfügt Next Energy über eine Beschichtungsanlage mit sechs Prozesskammern. Hier können Siliziumschichten, transparent leitende Oxide (TCOs) und Metalle auf unterschiedlichste Substrate abgeschieden werden.

Mit Hilfe der Anlage lassen sich mikromorphe Tandemsolarzellen mit hohen Wirkungsgraden von mehr als 10% reproduzierbar herstellen.

Genutzt werden die Simulationsmodelle auch für die Entwicklung der Triple-Junction-Solarzelle. Dabei erforschen die Next-Energy-Wissenschaftler die Erweiterung der Tandemsolarzelle um eine dritte Solarzelle mit dem Ziel, den infraroten Anteil des Sonnenspektrums besser ausnutzen zu können.

Für eine optimierte Prozesssteuerung bei der Herstellung von Solarzellen hat das Forschungsinstitut gemeinsam mit der Dresdner FAP GmbH eine Process Tuning Box (PTB) zur Überwachung und Regelung der chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD-Prozess) entwickelt.

Herstellungsprozess durch eine instantane Anpassung der Abscheideparameter stabilisiert

Das Gerät zeichnet sich dadurch aus, dass es gleichzeitig über die Anlagensteuerung auch den Herstellungsprozess durch eine instantane Anpassung der Abscheideparameter stabilisiert. Zum einen kann dadurch der Yield (die Prozessausbeute) erhöht, zum anderen die Kristallinität in der Schichttiefe der mikrokristallinen Schicht weiter optimiert werden.