Effusionsmessungen

© Fraunhofer CSP

Effussionsmessplatz im Geräteentwicklungslabor des Fraunhofer CSP.

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Wasserstoff-Effusion in als Funktion der Temperatur, gemessen für SiN:H Schichten verschiedener Zusammensetzung.

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 am Fraunhofer CSP entwickelte 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.