Ein einzigartiges Messsystem, mit dem die Qualität und Eigenschaften von Diffusionsbarrieren in Siliziumsolarzellen gemessen werden können, steht ab sofort am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP zur Verfügung. Damit kann die Beschaffenheit der Beschichtungen von Siliziumsolarzellen genau bestimmt und der Wirkungsgrad von Solarzellen verbessert werden.
Bei der industriellen Fertigung von Solarzellen ist die Passivierung des Siliziumvolumens – das Erzeugen einer Schutzschicht – durch Wasserstoff von elementarer Bedeutung, um einen maximalen Wirkungsgrad der Solarzellen hervorzurufen. Während der Passivierung wird in einem Plasmaprozess eine wasserstoffreiche Silizium-Nitrid-Schicht (SiN:H-Schicht) auf der Solarzellenoberfläche aufgebracht. Im Anschluss daran wird die SiN:H-Schicht in einem thermischen Prozess aktiviert, wodurch der Wasserstoff aus dieser Schicht in das Volumen der Solarzelle eindringen kann. Der Wasserstoff bindet dort sogenannte Rekombinationszentren und gleicht so beispielsweise Verunreinigungen aus. Dieser Vorgang bewirkt eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzellen.
Jedoch ist bei der thermischen Aktivierung der SiN:H-Schicht mit dem Ausdampfen des Wasserstoffs in die Atmosphäre auch der umgekehrte Prozess, die Effusion, möglich, bei der Wasserstoffatome verlorengehen können. Vor diesem Hintergrund ist für ein Verhindern der Effusion beziehungsweise für die Optimierung der SiN:H-Passivierung die Kenntnis der Wasserstoff-Effusion aus dem System notwendig. Von zentraler Bedeutung ist die Frage, unter welchen Bedingungen der Wasserstoff diffundiert.
Der nun am Fraunhofer CSP in Betrieb genommene Effusionsmessplatz ermöglicht die Bestimmung der Wasserstoffkonzentration in den SiN:H-Schichten. Die mit dem neuen Verfahren mögliche Effusions- beziehungsweise Diffusionsmessung von Wasserstoff unterstützt die Entwicklung einer optimierten SiN:H-Volumenpassivierung, beispielweise durch die Analyse von sogenannten Diffusionsbarrieren. Diese unterdrücken eine H-Effusion in die Atmosphäre und verbessern damit die Wasserstoff-Diffusion in das Siliziumvolumen, die eine Erhöhung des Wirkungsgrades nach sich zieht.
Der Effusionsmessplatz steht auch Partnern aus Industrie und Forschung zur Verfügung, um den Wirkungsgrad und die Langzeitstabilität von kristallinen Solarzellen zu verbessern. Entstanden ist das neuartige Messsystem im Rahmen eines Forschungsprojektes in Kooperation mit der Hanyang Universität (Südkorea).
Über das Fraunhofer-Center für Siliziumphotovoltaik CSP
Das Fraunhofer CSP betreibt angewandte Forschung in den Themengebieten der Siliziumkristallisation, Waferfertigung, Solarzellencharakterisierung und der Modultechnologie. Es entwickelt dabei neue Technologien, Herstellungsprozesse und Produktkonzepte entlang der gesamten photovoltaischen Wertschöpfungskette. Schwerpunkte sind die Zuverlässigkeitsbewertung von Solarzellen und Modulen unter Labor- und Einsatzbedingungen sowie die elektrische, optische, mechanische und mikrostrukturelle Material- und Bauteilcharakterisierung. Basierend auf dem Verständnis von Ausfallmechanismen werden dadurch Messmethoden, Geräte und Fertigungsprozesse für Komponenten und Materialien mit erhöhter Zuverlässigkeit entwickelt. Ergänzt wird das Portfolio der Photovoltaik durch Forschungen im Bereich der regenerativen Wasserstofferzeugung, -Speicherung und -Nutzung, hierbei insbesondere der Entwicklung, Charakterisierung und Testung neuer Materialien für Brennstoffzellen und Elektrolyseure sowie der Simulationen und der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von dezentralen Photovoltaik-Elektrolysesystemen. Das Fraunhofer CSP ist eine gemeinsame Einrichtung des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.
WWW.CSP.FRAUNHOFER.DE
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