Low temperature metallization for silicon solar cells
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Die vorliegende Arbeit untersucht die Eignung neuer Metallisierungstechnologien zur Kontaktierung neuer Solarzellgenerationen sowie von standartisierten industriellen Siliziumsolarzellen. Das Besondere der neuen Technologien sind ihre Prozesstemperaturen: Alle hier vorgestellten Metallisierungsverfahren werden bei niedrigen bis mittleren Temperaturen prozessiert. Auf diese Weise, werden neue Arten der Metallisierung für temperaturempfindliche Solarzellenkonzepte verfügbar und die Produktionskosten für Standardsolarzellen
gesenkt.
Die Arbeit wurde durch neue Metallisierungsansätze für druckbare und flexible Elektronik inspiriert.
Die Arbeit befasst sich mit neuen Metallisiserungsverfahren für weiterentwickelte temperaturempfindliche Solarzellenkonzepte als auch für etablierte Siliziumsolarzellen. Für neue Solarzellenkonzepte wird die Eignung von Metallisierungsverfahren auf Basis von Silbernanopartikeln evaluiert. Die Grundlagen für das Verständnis des Einflusses zugesetzter und notwendiger Organik in Tinten- und Pastenformulierungen auf das Sinterverhalten
von Silbernanopartikeln wird detailiert untersucht. Darüber hinaus wird
ein neues Sinterverfahren, das so genannte "chemische Sintern" angewandt und weiterentwickelt, um den Anforderungen an die Metallisierung von Solarzellen gerecht zu werden. Im Ergebnis können sehr niedrige Werte für die laterale Leitfähigekeit als auch für den Kontaktwiderstand erreicht werden, die mit vergleichbaren Niedertemperaturmetallisierungsverfahren außer mit thermischen Verdampfen oder Sputtern von Metallen bisher nicht erreicht werden konnten.
Ein grundlegendes Verständnis für die normalerweise verwendete Substratoberfläche der angewandten Solarzellenkonzepte, ITO, wird entwickelt, um angepasste Zusammensetzungen der Metallisierungstinten formulieren zu können.
Um die Vorteile des weiterentwickelten Metalisierungsansatzes "seed and plate" nutzen zu können, wird gezeigt, dass das selektive elektrochemische Abscheiden von Metall auf Metallsaatschichten auf ITO möglich ist, ohne dass die leitfähige ITO-Oberfläche geschützt werden muss.
Für Siliziumsolarzellen wird eine neue Metallisierungstinte, die am Fraunhofer ISE entwickelt wurde, getestet. Die Tinte ist blei- und partikelfrei. Die Tinte enthält im Vergleich zu den sonst üblicherweise verwendeten Metallisierungspasten sehr wenig Silber und ist in der Lage den Emitter der Solarzelle durch die Antireflexionsschicht bei Temperaturen zu kontaktieren, die weit unter den üblichen Feuertemperaturen für Vollaufbaumetallisierungspasten liegen.
Auf Grundlage des derzeitig gültigen Kontaktbildungsmodell für Vollaufbaumetallisierungspasten wird ein neues Kontakbildungsmodell, welches auf die hier vorgestellte Tinte angewandt werden kann, vorgeschlagen.
Es wird gezeigt, dass die in dieser Arbeit vorgestellten neuen Metallisierungsansätze zusammen mit der weiterentwickelten Metallisierungstechnology "seed-and-plate", die
sich noch sowohl in der Entwicklung als auch in Anwendung in ersten industriellen Pilotlinien befindet, angewandt werden kann.