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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Sputterlabor – TCO- und Reflektor-Entwicklung

Sputterlabor

Motivation und Zielsetzung

Auf der sonnenzugewandten Seite der Solarzelle ist für die elektrische Kontaktierung neben der hohen Leitfähigkeit auch hohe Transparenz erforderlich. Transparente leitfähige Oxide (TCOs) als Vorderseitenkontakte und in Kombination mit Metallen als Rückreflektoren beeinflussen entscheidend den Wirkungsgrad von Silizium-Dünnschichtsolarzellen. Aus diesem Grund werden am IPV unterschiedliche TCO-Materialien für den Einsatz in Solarzellen entwickelt und optimiert. Die Herstellung der Schichten erfolgt durch Magnetronsputtern von keramischen oder metallischen Targets.

Depositionsanlagen

Seit vielen Jahren wird eine Sputteranlage für bis zu 10x10 cm² große Substrate betrieben. Diese besteht aus einer Ladekammer und einer große Depositionskammer mit vier beheizbaren Substratplätzen. Durch die Ausstattung mit vier verschiedenen 6"-Sputterquellen können vielseitige Schichtsysteme entwickelt werden. Jedes Substrat kann durch Rotation der Substrathalterung zu jeder Beschichtungsstation transferiert werden. Die Anlage ermöglicht durch ihr flexibles Design eine Vielzahl an Variationsmöglichkeiten und bildet damit eine ideale Grundlage für die Forschungsarbeiten.

Im Rahmen des Aufbaus der  großflächigen Technologie wurde Ende 2001 eine Inline-Sputteranlage für Substratgrößen bis zu 30x30 cm² in Betrieb genommen. Die Anlage verfügt über eine Sputterstation für RF- und DC-Prozesse, eine Station für reine DC-Anregung und ein Doppelkathodensystem für bipolar gepulste Anregung. Diese Kathodensysteme sind mit Targets der Größe 10x75 cm² bestückt. Im Mai 2007 wurde eine neue Prozesskammer installiert, die über ein Doppel-Rohrkathodensystem sowie eine lineare Ionenquelle verfügt.

Themen

In diesen Anlagen werden Standard-Prozesse für die Solarzellenentwicklung bereitgestellt und gleichzeitig Weiterentwicklungen mit industrienahen Prozessen und innovativen Konzepten vorangetrieben.

  • Entwicklung von TCO-Schichten (ZnO, TiO2) mit Schwerpunkt auf Aluminium-dotierten Zinkoxid-Schichten (ZnO:Al)
  • Herstellung von oberflächen-texturierten ZnO:Al-Schichten durch nasschemisches Ätzen nach der Deposition
  • Entwicklung von Rückreflektoren
  • TCO für andere opto-elektronische Bauelemente
  • Entwicklung von relevanten Prozessen für die TCO-Herstellung in einer kommerziellen Solarmodul-Fertigung

Schichten- und Schichtsysteme

  • ZnO:Al: spez. Widerstand: 2,0·10−4 Ωcm, hochtransparent T > 80 %
  • Texturiertes ZnO:Al: spez. Widerstand: 3 - 4·10−4 Ωcm, hochtransparent, einstellbares Lichtstreuvermögen
  • sonstige Materialien: ZnO, TiO2, SnO2, ITO, Ag, Al...
  • Reflektoren: ZnO/Ag, Oberflächentextur durch texturiertes Zinkoxid, texturiertes Silber oder Kombinationen.


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