Passivierungsschichten für die Photovoltaik

Mittels Spray-Pyrolyse mit Al2O3 beschichteter Siliziumwafer
© Fraunhofer IWS Dresden
Mittels Spray-Pyrolyse mit Al2O3 beschichteter Siliziumwafer

Für kostengünstige dünne Solarwafer werden alternative Konzepte zur Rückseitenpassivierung der Zellen gesucht. Eine Dünnschichtpassivierung mit Aluminiumoxid hat gegenüber einer konventionellen Passivierung mit einer Siebdruck-Aluminiumpaste den Vorteil, dass sich auch dünnere Zellen bei nachfolgenden Feuerungsschritten in der Zellfertigung nicht verbiegen. Durch einen hohen Anteil an negativen Ladungen in Aluminiumoxidschichten eignet sich das Material besonders für die Feldeffektpassivierung von p-dotierten Siliziumoberflächen. Übliche Verfahren, um qualitativ hochwertiges Aluminiumoxid auf Silizium aufzubringen, sind die Atomlagenabscheidung (ALD) und die plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD).

Zum Aufbringen von Aluminiumoxidschichten im Nanometerbereich wurde am Fraunhofer IWS ein alternatives Atmosphärendruck-Verfahren entwickelt. Eine homogene Schichtabscheidung ist auf Wafern bis zu 156 mm x 156 mm bei Substrattemperaturen von ca. 340 °C möglich. Auf Siliziumwafern mit einer 20 nm dünnen gesprühten Aluminiumoxidschicht wurden effektive Ladungsträgerlebensdauern bis zu 260 μs gemessen, was einer effektiven Oberflächen-Rekombinationsgeschwindigkeit von 113 cm s-1 entspricht. Eine thermische Nachbehandlung der gesprühten Schicht ist nicht notwendig.