Ziel der Entwicklung

Solarzellen enthalten eine Antireflexschicht (ARC), um Reflexionsverluste zu minimieren. Das Öffnen dieser Schicht mit Lasern bietet die Möglichkeit, auf dem Emitter Nickel in den geöffneten Bereichen abzuscheiden. Geringere Verluste auf der Vorderseite bei gleichzeitiger Verringerung des Serienwiderstandes und der Rohstoffkosten werden erreicht. Bisher konnten nur mit UV-Festkörper-Lasern selektive Ablationen ohne Beeinflussung des Emitters erreicht werden. Dieser Lasertyp ist jedoch aufgrund seiner hohen Anschaffungskosten und der geringen Lebenszeit nicht für die Produktion geeignet.

Vorteile und Lösungen

Der Laser als Bearbeitungswerkzeug wird in der Photovoltaik schon seit Jahren in der Produktion eingesetzt. Die Vorteile des Lasers liegen in der schnellen und kontaktfreien Bearbeitung, die eine hohe mechanische Beanspruchung und somit eine mögliche Bruchgefahr dünner Wafer vermindert. Weiterhin können Anpassungen des zu lasernden Layouts sehr schnell vorgenommen werden – neue Siebe oder Masken müssen zuvor nicht aufwendig hergestellt werden. Zur Überwindung dieses Problems, das sich durch den bisher notwendigen Einsatz von UV-Lasern ergab, wurde in diesem Projekt unter den Vorderseitenkontakten eine Planarisierung erzeugt. An dieser Stelle soll nach Diffusion und ARC-Beschichtung, die ARC mit einem ultrakurzen Pulslaser (IR oder VIS) entfernt werden, um anschließend die Kontakte galvanisch abzuscheiden. Damit wurde der Einsatz von UV-Laser vermieden und für eine Produktion geeignete Laserquellen genutzt. Wesentliche Arbeitsschwerpunkte waren die Abscheidung von ätzbeständigen dielektrischen Schichten, die lokale Öffnung der Ätzbarriere, das Planarisieren der Pyramiden, das selektive Entfernen der dielektrischen Schicht, die alternative Planarisierung mittels ns-Laser, die lokale Laser-Ablation der dielektrischen Schicht auf planarem Silizium auf der Vorderseite der Solarzelle, das außenstromlose Nickelabscheiden sowie Tempern auf planaren Oberflächen, die Überführung auf großflächige Proben sowie die Herstellung von Demonstratoren.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Photovoltaikmarkt ist nun weltweit zum Käufermarkt gereift. Die Zahl der Marktteilnehmer hat sich durch Insolvenzen beziehungsweise Rückzug aus dem Geschäftsfeld in den letzten Jahren leider stark reduziert. Das Know-how der schädigungsarmen Ablation dielektrischer Schichten kann auch außerhalb der PV angewendet werden, wie zum Beispiel in der optischen Industrie. Die Vermarktung der Ergebnisse des Projektes, die über PV-spezifische Lösungen hinausgehen, wie zum Beispiel Themen der schädigungsfreien Ablation dielektrischer Schichten aber auch galvanischer Prozesse, soll deshalb über den Bereich PV hinaus erweitert werden.
Das Thema wurde auf wissenschaftlichen Konferenzen dem Fachpublikum vorgestellt:
G. Heinrich, R. Kießling, A. Laades, A. Lawerenz, G. Gobsch, Planar Metal Contact Areas Formed with Laser Assistance – A New Approach in Laser Ablation for Local Front-Side Openings, Proceedings of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference 2012 Frankfurt p. 696
G. Heinrich, Nichtlineare Absorption in dünnen, auf Silizium abgeschiedenen Siliziumnitridschichten, Dissertation, TU Ilmenau, 2014