In der Heißdraht-CVD-Anlage können kristalline Siliziumsubstrate im Durchlauf beschichtet werden.
Fraunhofer IST
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig haben Ende September auf der MesseEU PVSEC in Frankfurt ein Heißdraht-CVD-Beschichtungsverfahren vorgestellt, mit dem die Kosten für die Herstellung von Solarzellen deutlich gesenkt werden können.
Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden von bis zu 23 Prozent, sogenannte HIT-Zellen, sind ein Hoffnungsträger der unter hohem internationalen Konkurrenzdruck produzierenden deutschen Photovoltaik-Industrie. HIT-Zellen (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) bestehen aus einem kristallinen Siliziumabsorber mit zusätzlichen dünnen Siliziumschichten. Bislang bringt man die dünnen Schichten über das Plasma-CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition) auf das Substrat auf: In der Reaktionskammer befindet sich dabei das Gas Silan, das aus Silizium und vier Wasserstoffatomen besteht, sowie das kristalline Siliziumsubstrat. Mit einem Plasma wird dann das Gas aktiviert, wobei die Silan-Moleküle aufgebrochen werden. Die nun ungebundenen Silizium-Atome und Wasserstoff-Ionen setzen sich im weiteren Verlauf auf der Oberfläche des Substrats ab.
Das Problem dabei: Nur 10 bis 15 Prozent des teuren Silan-Gases werden durch das Plasma aktiviert, 85 bis 90 Prozent gehen ungenutzt verloren. Den Forschern am Fraunhofer-IST ist es nun gelungen, diesen Prozess zu modifizieren: Sie aktivieren das Gas nicht über ein Plasma, sondern über heiße Drähte. So können sie fast das gesamte Silan-Gas nutzen. „Das neue Verfahren reduziert die Herstellungskosten für die Schichten um über 50 Prozent. Die Drähte, die wir für das Verfahren brauchen, haben gegenüber dem Silan einen vernachlässigbaren Preis“, sagt Dr. Lothar Schäfer, Abteilungsleiter am IST.
Die Anlage ist zudem dazu in der Lage, die Substrate im Durchlauf (Inline-Prozess)zu beschichten. Das ist deshalb möglich, weil das Silizium etwa fünfmal schneller auf der Oberfläche abgeschieden wird, als beim Plasma-CVD. „Und das bei gleicher Schichtqualität“, wie Schäfer betont. Zur Zeit beschichten die Fraunhofer-Forscher auf einer Fläche von 50 mal 60 Quadratzentimeter, das Verfahren lässt sich jedoch, so Schäfer, problemlos auf ein gängiges Industrieformat von 1,4 Quadratmetern hochskalieren, und er hebt einen weiteren Vorteil der Entwicklung hervor: „Die Technologie ist gegenüber dem Plasma-CVD vergleichsweise unkompliziert, so dass auch die Anlage selbst wesentlich günstiger ist.“ So koste beispielsweise der Generator, der den elektrischen Strom für das Heizen der Drähte erzeugt, nur rund ein Zehntel seines Gegenstücks beim Plasma-CVD.