SI/502115

Schlussbericht

Das Hauptziel des iPrecise-Projekts war die Vorbereitung der nächsten Generation von Solarzellen auf Basis von kristallinem Silizium (c-Si). Zu diesem Zweck wurde die Entwicklung von Materialien und Prozessen unternommen, um den Wirkungsgrad von c-Si-Solarzellen zu erhöhen und gleichzeitig die Kompatibilität mit einer nachhaltigen und grosstechnischen Fertigung zu gewährleisten. Zunächst haben wir das Sputtern als Alternative zur Herstellung von n-dotierten polykristallinen Silizi-um (Poly-Si) Passivierungsschichten untersucht, die auf der Rückseite der mittlerweile weit verbreiteten TOPCon-Solarzellenstruktur verwendet werden. Im Vergleich zu herkömmlicheren Herstellungsverfahren auf Basis der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) bietet das Sputtern den Vorteil, dass es gerichtet ist und nicht auf gefährlichen oder giftigen Gasen basiert. Trotz dieser Vorteile war zu Beginn des Projekts nicht klar, ob gesputterte Poly-Si-Materialien die Leistung von Poly-Si, das durch CVD hergestellt wurde, erreichen könnten. Innerhalb dieses Projekts konnten wir sehr hohe Oberflächenpassivierung und elektrische Eigenschaften für gesputterte Poly-Si-Materialien nachweisen, die den mit CVD-abgeschiedenen Poly-Si-Schichten erzielten Eigenschaften entsprechen. Nach diesen Entwicklungen haben wir gesputterte Poly-Si-Kontakte auf der Rückseite von grossflächigen TOPCon-Solarzellen integriert, was zur Demonstration von Wirkungsgraden von bis zu 22,8 % führte. Zusätzlich haben wir Lösungen für das Strukturieren von Poly-Si-Schichten untersucht, um sie auf der Vorderseite von TOPCon zu integrieren und somit Double Side (DS-)TOPCon-Devices herzustellen. Der erste Ansatz, den wir untersuchten, basierte auf der Verwendung einer Maske während der Abscheidung der Poly-Si-Schicht. Nach der Optimierung der Poly-Si-Struktur und ihres Kontakts mit Metallfingern konnten wir DS-TOPCon-Devices mit kleiner Fläche und Wirkungsgraden von bis zu 21,7 % demonstrieren. Dieses Ergebnis gehörte während des gesamten Projekts zu den besten, die in der Literatur für eine solche Device-Architektur berichtet wurden. Darüber hinaus haben wir Modellierungen durchgeführt, um das Potenzial von DS-TOPCon als Upgrade gegenüber Standard-TOPCon zu bewerten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Widerstand, der mit dem Poly-Si-Kontakt verbunden ist, gesenkt werden muss, damit DS-TOPCon die Leistung von TOPCon signifikant übertreffen kann, und dies auf Werte, die praktisch schwer zu erreichen sein könnten. Im Laufe des Projekts wurde die Entwicklung von hocheffizienten c-Si-Geräten durch fortschrittliche Charakterisierungen unterstützt. Zunächst haben wir eine umfassende Studie auf Basis von Elektronenmikroskopie durchgeführt, die es uns ermöglichte, ein Modell zu erstellen, das die Penetration von kommerziellen Al-basierten Pasten durch die SiNx/Poly-Si-Passivierungsschicht auf der Rückseite von TOPCon-Devices beschreibt. Darüber hinaus haben wir eine Methode entwickelt, um die Struktur und Zusammensetzung der nanometrischen SiOx-Schicht an der Poly-Si/c-Si-Grenzfläche zu bewerten, die eine In-situ-Analyse von repräsentativen Proben ermöglicht. Diese Methode unterstützte die Entwicklung von SiOx-Schichten mit verbesserter thermischer Stabilität, was letztendlich die Leistung des Poly-Si-Kontakts verbesserte. Insgesamt ermöglichte dieses Projekt die Entwicklung neuer technologischer Bausteine für die Herstellung hocheffizienter c-Si-Solarzellen sowie wissenschaftlicher Erkenntnisse über deren Funktionsprinzip. Wichtige Ergebnisse wurden durch die Veröffentlichung von sieben wissenschaftlichen Artikeln und 23 Beiträgen auf internationalen wissenschaftlichen Konferenzen verbreitet. Die im Rahmen von iPrecise gewonnenen Erkenntnisse werden auch die Entwicklungen der nächsten Generation von Perowskit-auf-Silizium-Tandem-Zellen unterstützen.

Publikationen / Ergebnisse