Bestimmung der H-Effusion aus SiN:H-Schichten

© Fraunhofer CSP

Effussionsmessplatz im Geräteentwicklungslabor des Fraunhofer CSP.

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Wasserstoff-Effusionsrate, gemessen mit dem Effusionsmesssystem bei konstanter Wärmeleistung für zwei Arten von SiN. Unterschiede in der Ergusstemperatur deuten auf zwei Arten von Mikrostrukturen in SiN hin.

Die Passivierung des Siliziumvolumens durch Wasserstoff ist ein essentieller Prozess bei der Produktion von Solarzellen und eine Grundvoraussetzung für einen maximalen Wirkungsgrad. Dazu wird in einer industriellen Fertigung eine wasserstoffreiche SiN:H-Schicht in einem Plasmaprozess auf der Solarzellenoberfläche abgeschieden. Anschließend wird diese SiN:H-Schicht in einem thermischen Prozess aktiviert, wodurch der Wasserstoff aus dieser Schicht in das Volumen der Solarzelle diffundieren kann. Dort bindet der Wasserstoff sogenannte Rekombinationszentren, beispielsweise an Verunreinigungen, wodurch der Wirkungsgrad einer Solarzelle verbessert werden kann. Jedoch ist auch eine Effusion des Wasserstoffs, d.h. ein Ausdampfen des Wasserstoffs in die Atmosphäre, bei einer thermischen Aktivierung der SiN:H-Schicht möglich.

Daher ist für eine Optimierung der SiN:H-Passivierung die Kenntnis der H-Effusion aus dem System notwendig. Das Fraunhofer CSP verfügt seit November 2017 über einen Effusionsmessplatz, um diesen Effekt besser quantifizieren zu können. Die Effusionsmessung unterstützt die Entwicklung einer optimierten SiN:H-Volumenpassivierung, beispielweise durch die Analyse von sogenannten ‚Capping Layer‘, welche eine H-Effusion in die Atmosphäre unterdrücken und damit die H-Diffusion in das Siliziumvolumen verbessern sollen.