Technologiecluster für die industrielle Fertigung von Solarzellen mit Tunneloxid-passivierenden Kontakten; Akronym: TOPCon Cluster

Abstract

Im Rahmen des Projektes TOPCon Cluster wurden für TOPCon Solarzellen mehrere Prozesse für die nasschemische Prozessierung in industriellem Maßstab entwickelt und verbessert. Im Bereich der alkalischen Textur und Nachreinigung konnten die Oberflächenstrukturen aufgrund der für TOPCon andersartigen Vorderseitigen Passivierung optimiert werden, was zu einer verbesserten Lichteinkopplung und somit erhöhten Kurzschlussströmen der Solarzellen führte. Der Meilenstein MS 2.1 aus dem Arbeitspaket 2 konnte erreicht werden, indem gezeigt werden konnte, dass die Nachreinigung nach der in AP4 entwickelten nasschemischen Kantenisolation für TOPCon Solarzellen ausreicht, um für symmetrische Rückseitenproben einen iVoc > 730 mV nach SiNx Passivierung erzielen zu können. Für die Nasschemische Kantenisolation konnte ein Batch-Cluster Prozess entwickelt werden. Dieser besteht aus einer Kombination aus einseitiger Borsilikatglasätze im inline Verfahren und alkalische Kantenisolation sowie Nachreinigung im Batch Verfahren. Durch die hierdurch im vergleich zur vormals dominierenden sauren Kantenisolation entstehenden abweichenden Rückseitenstrukturen können höhere Voc Werte bei vergleichbarem Abtrag erzielt werden. Durch die hieraus resultierende Anlagenentwicklung lassen sich nun Kantenisolationsprozesse mit Durchsätzen von bis zu 13.800 Wafern pro Stunde Brutto für vollformatige Wafer erzielen. Dies ist ebenfalls mit ausschließlich kalten Nachreinigungen nach dem Kantenisolationsprozess möglich, wodurch Kosten weiter reduziert werden konnten. Der MS 4.1 "Prozess Kantenisolation und BSG-Ätze etabliert, BSG VS und Emitter auf RS vollständig entfernt, bei Durchsatz 5000 wph (mind. M2-Format)" konnte somit ebenfalls erreicht werden. Für die Entfernung des LPCVD Poly-Silicium Umgriffs auf Zellvorderseite und -kanten wurden umfangreiche Studien durchgeführt. Es konnten Inline Prozesse sowie eine Batch Cluster Prozesssequenz entwickelt werden, die den Prozessanforderungen genügen, wie durch Charakterisierung der Rückwärtsströme gezeigt werden konnte. Hierdurch ließ sich MS 4.2. zur Etablierung eines Prozesses zur einseitigen Entfernung von Poly Si Schichten eben-falls realisieren. Die in diesem Projekt entwickelten Prozessverbesserungen zur Kantenisolation, LPCVD-Poly Si Entfernung sowie deren Nachreinigung wurden bereits auf industrielle Anlagenkonzepte transferiert und befinden sich in der Markteinführung. In der Backendprozessierung wurden Prozesse zur galvanischen Metallisierung von TOPCon Solarzellen untersucht. Hierbei wurden sowohl Verfahren im Batch als auch im Inline Verfahren getestet. Es wurde gezeigt, dass eine galvanische Metallisierung von TOPCon Solarzellen ein erhebliches Potential zur Silberverbrauchsreduktion aufweisen. Bei der Vorderseitenmetallisierung konnten Ansätze zur Haftungsverbesserung durch Anpassung des Laserablationsprozesses zur Öffnung der vorderen Passivierschicht, welcher Voraussetzung für eine galvanische Schichtabscheidung ist, gefunden werden. Zur galvanischen Metallisierung auf alkalisch polierten Zellrückseiten konnten ebenfalls neue Erkenntnisse zur Verbesserung der Rückseitenhaftung gewonnen werden.