Neue Einblicke in ultradünne Oxidschichten

© Foto Fraunhofer CSP

Abbildung a) Transmissionselektronenmikroskopische Abbildung einer Siliziumoxidschicht von 1,3 nm Dicke vor einer Wärmebehandlung und Abbildung b) nach einer Wärmebehandlung, bei der die Inhomogenität im Kristallgitter im Siliziumsubstrat an der Oberfläche nahezu verschwindet.

Im Zuge der angestrebten Effizienzsteigerung bei modernen Siliziumsolarzellenkonzepten gewinnen Grenzflächeneigenschaften und die Qualität von Passivierungsschichten zunehmend an Bedeutung. Um die Funktionsweise von hierfür eingesetzten ultradünnen Oxidschichten verstehen und bewerten zu können, werden zuverlässige Analyseverfahren zur strukturellen und chemischen Charakterisierung benötigt. Die Untersuchungen auf Nanometerskala stellen hierbei eine besondere Herausforderung dar. Am Fraunhofer CSP konnte dies in der Gruppe Diagnostik Solarzellen durch verschiedene hochauflösende Analyseverfahren am Beispiel des am Fraunhofer ISE entwickelten TOPCon-Zellkonzepts[1] realisiert werden. So konnten u.a. verschiedene Sauerstoffverbindungen innerhalb der Passivierungsschicht nachgewiesen und bewertet werden, wie sich ein Temperaturschritt strukturell auf den Oxidschichtaufbau in Wechselwirkung mit dem Siliziumkristallgitter auswirkt. Die Ergebnisse konnten auch auf der SiliconPV 2015 in Konstanz überzeugen. Unter 200 Beiträgen wurde der Beitrag »High-resolution Structural Investigation of passivated Interfaces of Silicon Solar Cells« [2], den Susanne Richter gemeinsam mit Kollegen vom Fraunhofer ISE in Freiburg verfasst hat, unter die zehn besten gewählt und mit dem SiliconPV Award 2015 ausgezeichnet. Weitere Forschungsaktivitäten[3] sollen nun dazu beitragen, dass Kunden aus der Solarindustrie mit einer neuen Technologie von diesen Einblicken profitieren und die Entwicklung ihrer Zellen entsprechend optimieren können.

[1]   F. Feldmann, M. Bivour, C. Reichel, M. Hermle, S. W. Glunz, »Passivated rear contacts for highefficiency n-type Si solar cells providing high interface passivation quality and excellent transport characteristics«, Solar Energy Materials and Solar Cells, 120, 270-274 (2014)

[2]   S. Richter, K. Kaufmann, V. Naumann, M. Werner, A. Graff, S. Großer, A. Moldovan, M. Zimmer, J. Rentsch, J. Bagdahn, C. Hagendorf, High-resolution structural investigation of passivated interfaces of silicon solar cells, Solar Energy Materials and Solar Cells, 2015, 10.1016/j.solmat.2015.06.051 (in print)

[3]   A. Moldovan, F. Feldmann, K. Kaufmann, S. Richter, M. Werner, C. Hagendorf, M. Zimmer, J. Rentsch, M. Hermle, Tunnel Oxide Passivated Carrier-Selective Contacts Based on Ultra Thin SiO2 Layers, 42nd IEEE PVSC New Orleans, June, 17th 2015