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Institut für Energie- und Klimaforschung

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PECVD-Anlage für 30×30 cm² Substratgröße

PECVD 30x30

Motivation und Ziele

Die Aufskalierung des PECVD-Verfahrens für Silizium-Dünnschichtsolarzellen vom Labormaßstab (Substratgröße typischerweise 10×10 cm²) in die industrielle Fertigung (~ m²) erfordert die Lösung einer Vielzahl von wissenschaftlichen und technologischen Fragestellungen, um auf großer Fläche homogene amorphe (a-Si:H) und mikrokristalline (µc-Si:H) Siliziumschichten hinsichtlich der Schichtdicke und den opto-elektronischen Eigenschaften mit hoher Rate herstellen zu können. Es ist ein zentrales Ziel unserer PECVD-Entwicklung, diese Probleme in enger Kooperation mit Industriepartnern für die Substratgröße 30×30 cm² zu lösen und damit die Voraussetzung für kostengünstige industrielle Produktionsverfahren zu schaffen. Das variable Design der Anlage ermöglicht darüber hinaus die Entwicklung neuer PECVD-Verfahren und Untersuchungen zum Zusammenhang zwischen Depositionsparametern, Plasmaeigenschaften und Wachstum verschiedenartiger Silizium-Schichten.

Technische Ausstattung

Die PECVD-Anlage besteht aus zwei Lade- und zwei Depositionskammern - eine für p- oder n-dotierte Siliziumschichten und eine für intrinsische a-Si:H und µc-Si:H Absorberschichten. Die Basisversion der Anlage wurde von der Firma MRG Inc. (Colorado, USA) geliefert. Der Ausbau und die Optimierung der Anlage erfolgte am IEK-5. Die PECVD-Elektroden wurden in einer Zusammenarbeit zwischen der Firma FAP GmbH (Dresden) und dem IPV entwickelt. Die Elektroden können mit RF- und VHF-Frequenzen betrieben werden (13.56 MHz, 27.12 MHz und 40.68 MHz). Der erreichbare Basisdruck der Anlage beträgt 1·10−8 mbar. Mittels optischer Plasma-Emissions-Spektroskopie können Plasmaanalysen zur Prozesskontrolle bei der Herstellung von intrinsischen Siliziumschichten durchgeführt werden. Diese Plasmadiagnostik wurde an der 5-Kammeranlage auf kleiner Fläche entwickelt und auf die großflächige Beschichtung adaptiert.

Aktuelle Forschungsthemen

Die Entwicklung und Aufskalierung von PECVD-Prozessen hat die Herstellung von a-Si/µc-Si-Tandemsolarzellen mit hohen stabilen Wirkungsgraden zum Ziel. Dabei sollen die intrinsischen a-Si:H- und µc-Si:H-Absorberschichten mit hohen Depositionsraten hergestellt werden. Viel versprechende Laborentwicklungen werden in die Pilotfertigung, Produktionslinien oder Anlagenentwicklung bei Industriepartnern übertragen.

Zugleich werden mit dieser Anlage reproduzierbare Standardprozesse für amorphe und mikrokristalline Silizium-Dünnschichtsolarzellen bereitgestellt, mit deren Hilfe der Einfluss von Änderungen im Zellprozeß oder anderen Komponenten überprüft und untersucht werden kann. Damit ist die Anlage in die Weiterentwicklung von TCO-Schichten, Rückreflektoren und anderen Teilkomponenten der Solarzelle eingebunden.

Ansprechpartner:


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