abstrakt

Für die Solarzellenanwendung ist die Stabilität der Grenzflächenpassivierungsqualität gegenüber den Bedingungen vor Ort von entscheidender Bedeutung. Wir haben ein Experiment durchgeführt, um die Widerstandsfähigkeit verschiedener auf Aluminiumoxid basierender Passivierungsschemata bis zur Beleuchtung bei 75 ° C zu testen. verschiedene thermische Behandlungen, um die Passivierung zu aktivieren und / oder das Kontaktbrennen zu simulieren, wurden vor dem Einweichen des Lichts durchgeführt. Das Experiment wurde an 1 \u0026 OHgr; cm Floatzonen-Silizium sowohl von p- als auch von n-Typ-Dotierung durchgeführt. Die Studie zeigt, dass eine gute Passivierungsqualität sowohl durch Atomlagenabscheidung als auch durch Abscheidung erreicht werden kann und dass die Zugabe von Siliziumnitrid-Deckschichten die thermische Stabilität stark verbessert. Bei P-Typ-Wafern wurde während der ersten Stunden nach dem Aufbringen solcher Deckschichten eine starke, aber vorübergehende Verschlechterung der elektrischen Qualität der Wafermasse beobachtet. Neben diesem Effekt wurde eine angemessene zeitliche Stabilität der effektiven Lebensdauer für Proben vom p-Typ beobachtet, während Proben vom n-Typ eine ausgezeichnete Langzeitstabilität aufwiesen.

Schlüsselwörter: Float-Zone-Silizium, Aluminiumoxid-Passivierung, Stabilität, Lichtdurchlässigkeit

1. Einleitung

Englisch: www.dlr.de/en/desktopdefault.aspx/t..._read-12353/ Die jüngsten Verbesserungen der Effizienz industriell umsetzbarer Solarzellenkonzepte wurden vorangetrieben

Verbesserungen der Materialqualität und Reduzierung von Rekombinationsverlusten an den Oberflächen. Dies wurde unterstützt

durch das Entstehen von Passivierungsschemata auf Basis von Aluminiumoxid für industrielle Anwendungen aufgrund ihrer guten Eigenschaften

Passivierungseigenschaften. Die gute Passivierungsqualität von Aluminiumoxidschichten ist in der Literatur und in der Literatur gut belegt

nachgewiesen durch eine Vielzahl von Studien, z.B. [1] und Referenzen darin. Studien zur Stabilität von

Passivierungsschemata konzentrieren sich üblicherweise auf ein System und / oder einen Stressfaktor wie Dunkellagerung, Beleuchtung oder Feuchtigkeit

Hitzetestbedingungen [2-4]. Um die bisherigen Befunde zu verallgemeinern, haben wir eine Studie durchgeführt, die mehrere vergleicht

verschiedene Schemata bei einer Beanspruchungsfaktorkombination, die bei Betrieb des Photovoltaikmoduls auftritt: Beleuchtung bei

erhöhte Temperatur.

Nomenklatur

al2o3 stöchiometrische Aluminiumoxidschichten, abgeschieden durch p-Ald

Alox-Aluminiumoxid-Schichten abgeschieden durch pecvd

fz float-zone

kurzes Licht und erhöhte Temperatur induzierten Abbau

p-Ald plasmaaktivierte Atomlagenabscheidung

pecvd plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung

PLI-Photolumineszenz-Bildgebung

rtp schnelle thermische Verarbeitung

srv-Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit

2. Experiment

2.1. Probenvorbereitung Alle Experimente wurden an 4 Inch Float-Zone (fz) Siliziumwafern durchgeführt. Nach der chemischen Nassreinigung wurde eine Oxidationsbehandlung bei 1050 ° C durchgeführt, um die Qualität der Wafermasse zu stabilisieren, wie von Grant et al. [5]. die resultierende Siliziumoxidschicht wurde anschließend abgeätzt. um zu zeigen, ob die thermische Behandlung das Experiment beeinflusst hat, wurde eine Referenzprobengruppe nicht darauf angewendet. Die untersuchten Aluminiumoxidschichten mit einer Dicke von 20 oder 30 nm wurden auf beiden Waferseiten entweder durch plasmaaktivierte Atomlagenabscheidung (p-Ald) bei 230 ° C oder durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung (pecvd) bei 300 ° C abgeschieden. Die übliche Anwendung von Aluminiumoxidschichten im industriellen Umfeld sind dünne Schichten, die von weiteren dielektrischen Schichten bedeckt sind. Diese Schichten bieten normalerweise zusätzliche Funktionen wie optische Verbesserungen oder vereinfachte Strukturierung. Es wurde auch gezeigt, daß Schichten aus abgeschiedenem Siliciumnitrid-a-sinx für die Stabilität von Aluminiumoxid-Passivierungsschichten gegenüber thermischen Behandlungen, z. [6, 7]. Daher wurden für einen Teil der Probengruppen 100 nm a-sinx (Brechungsindex 2) auf die Aluminiumoxidschichten aufgebracht. Nach der Abscheidung wurden die Passivierungsschichten durch eine Vielzahl von thermischen Behandlungen aktiviert, die potentiellen Behandlungen bei der Solarzellenverarbeitung ähneln. Die Proben wurden entweder in Formiergas bei 425ºC in Umgebungsluft auf einer Heizplatte bei 450ºC oder in einer Stickstoffatmosphäre in einem Schnellwärmebehandlungsofen bei 650 bis 900ºC geglüht. Die Unsicherheit bezüglich der tatsächlichen Probentemperatur für den letztgenannten Prozess wird aus Thermoelementmessungen in einem Bereich von ± 15 K geschätzt.

In der Studie wurde eine breite Palette von Passivierungsschemata und thermischen Prozesskombinationen untersucht. Ein Überblick über die untersuchten Varianten ist in Abb. 1.

2.2. Prüfbedingungen und Charakterisierungsmessungen der effektiven Minoritätsladungsträgerlebensdauer τeff an symmetrischen Lebensdauerproben liefern ein Maß für die Rekombination im Wafervolumen und an den Grenzflächen zur Oberflächenpassivierung. Ein Winton-Instrument wct-120-Lebensdauertestgerät wurde verwendet, um τeff in einem Bereich von 4 cm Durchmesser um die Mitte des

Probe. Die Lebensdauern wurden bei einer festen Minoritätsladungsträgerdichte von 5 × 10 15 cm -3 für beide Dotierungstypen bewertet.

Rekombinationsaktivität im Wafer und Veränderungen der Oberflächenpassivierungsqualität können dabei leicht gelöst werden

Injektionshöhe und Messung in der Wafer-Mitte minimieren den Einfluss von Handhabungsschäden.

Die Stabilität der untersuchten Passivierungsschemata gegenüber Beleuchtung bei erhöhter Temperatur wurde mit 1 Sonne durchgeführt

äquivalente Halogenlampenbeleuchtung bei 75 ° C. Lebensdauermessungen wurden ex situ durchgeführt, d. h. die Proben waren

aus dem temperierten Probentisch entnommen.

Temperaturen im Bereich von 75 ° C können im Feldmodulbetrieb unter intensiver Beleuchtung auftreten. eine solche

Bedingungen gelten offensichtlich nicht kontinuierlich. Wir erwarten jedoch, dass sich diese Bedingungen beschleunigen und verstärken werden

mögliche Degradationseffekte, während - hoffentlich - keine Effekte ausgelöst werden, die in der tatsächlichen Anwendung nicht auftreten würden. es

Es sollte angemerkt werden, dass die verwendete Halogenlampenbeleuchtung einen kleineren Anteil an UV-Wellenlängen aufweist als die Solarenergie

Spektrum. Auf der anderen Seite wird dieser Teil des Spektrums oft in konventionellem Modulglas und Solarzelle absorbiert

Verkapselungsmaterialien.

3. Ergebnisse

3.1. Passivierungsqualität

eine Übersicht über die besten gemessenen τeff-Werte der in Fig. 1 eingeführten Probengruppen. 1 sind in Fig. 2 gezeigt. 2. die

gemessen τeff an den Proben zeigt, dass die verschiedenen Passivierungsschemata und thermischen Prozesse resultieren

unterschiedliche Passivierungsqualität. Wir beobachten, dass beide Abscheidungstechniken für Aluminiumoxid hervorragend sind

Passivierung, wenn oben eine a-sinx-Deckschicht aufgebracht wird. Die untersuchten Proben der Gruppen 1 und 2 enthalten τeff

Werte nahe bei der Parametrisierung der intrinsischen Grenze von richter et al. [8]. einige n-type Proben übersteigen sogar die

Parametrisierung, die eine hervorragende Passivierungsleistung anzeigt. Einige der p-Typ-Proben sind leicht

durch die bei der nasschemischen Verarbeitung eingebrachte Eisenkontamination, die einen geringen Rückgang der

Lebenszeit. Neben den Effekten, die durch Eisen induziert werden, wird bei einigen Proben bei Beleuchtung eine Verbesserung von τeff beobachtet

bei 75 ° C, was auf eine Verbesserung der Schnittstellenparameter im Laufe der Zeit hinweist. Proben, die nicht unterzogen wurden

1050 ° C Oxidationsschritt (Gruppe 3) zeigen niedrigere τeff als Proben mit der gleichen Oberflächenpassivierung nach der

thermische Vorbehandlung. Die Proben, die keine a-sinx-Deckschicht (Gruppe 4) aufweisen, führen zu einer niedrigeren Lebensdauer

Niveau, demonstriert die Hilfsbereitschaft solcher Schichten.

3.2. Aktivierung von Bulk-Defekten in p-Typ-fz-Silizium.

Wir stellen fest, dass mehrere Proben vom p-Typ aus den Gruppen 1 bis 3 (d.h. mit einer Deckschicht) eine Verschlechterung zeigen

gefolgt von einer Erholung von τeff bei Beleuchtung bei 75 ° C in den ersten Stunden. ein ähnlicher Effekt wurde beobachtet durch

Sperberet al. [9] und Beispiele sind in Abb. 3. Abhängig von der Brenntemperatur beobachten wir das temporäre

Degradation, um streng zu sein. Proben, die bei hohen Temperaturen gebrannt werden, zeigen niedrige Injektionslebenszeiten von nur 30 \u0026 mgr;

Minimum, während Proben, die bei moderaten Temperaturen gebrannt werden, nur eine geringe Degradation zeigen. ein charakteristisches Muster

ist in Photolumineszenz-Bildgebung zu sehen und eine Raumtemperatur-Passivierungsbehandlung zeigt schlüssig

der Effekt wird durch rekombinationsaktive Defekte in der Wafermasse verursacht. eine gründliche Untersuchung und Diskussion von

Der Effekt kann in ref gefunden werden.

3.3. Langzeitstabilität

Die zeitlichen Entwicklungen von τeff, die an Proben der Gruppen 1 und 2 gemessen wurden, sind in Fig. 2 gezeigt. 3. der n-Typ

Proben zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Stabilität während des gesamten Experiments aus. die Progression der p-Typ-Proben ist

von den in Abschnitt 3.2 (und Lit. [10]) besprochenen Hauptdefekten in den ersten zehn bis zwanzig Stunden dominiert. danach,

Die Lebensdauern sind auf einem hohen Niveau für 1000 Stunden stabil, gefolgt von einer leichten Verschlechterung. die Proben passivierten durch

blanke Aluminiumoxidschichten (Gruppe 4) zeigten eine leichte aber stetige Verschlechterung des gemessenen \u0026 tau; eff (nicht gezeigt).

Die pl - Bildgebung zeigte jedoch, dass die Degradation von der Probenhandhabung herrührenden Oberflächenschäden der

dünne Schichten. Aufgrund der niedrigeren Gesamtlebensdauer können wir den Effekt, der bei capped p-Typ Proben beobachtet wurde, nicht ausschließen

noch auf blanken Aluminiumoxidschichten auftreten. die gemessenen Progressionen aller Probengruppen und eine detaillierte

Diskussion findet sich in ref.

4. Fazit

Wir haben ein Experiment mit einer Vielzahl von Aluminiumoxid-basierten Passivierungsschemata durchgeführt, die auf 1 \u0026 OHgr; cm p- und n-Typ-fz-Siliziumwafern abgeschieden wurden. Sie wurden verschiedenen thermischen Aktivierungsbehandlungen unterzogen, um die resultierende Passivierungsqualität und ihre Stabilität gegenüber Ausleuchtung bei erhöhter Temperatur zu untersuchen. Die gemessenen effektiven Lebensdauern zeigen, dass Aluminiumoxidschichten eine sehr gute Passivierungsqualität bieten können. Die gemessenen Lebensdauern bei einigen Proben vom n-Typ überschreiten sogar systematisch die derzeitige Parametrisierung der intrinsischen Rekombination, die von richter et al. [8]. Dies weist auf eine ausgezeichnete Passivierungsqualität hin und legt nahe, dass die Parametrisierung zu konservativ ist.

Stabilitätstests wurden durch Halogenlampenbeleuchtung mit einer sonnenäquivalenten Intensität bei 75 ° C für mehrere tausend Stunden durchgeführt. Eine ausgezeichnete Stabilität von n-Typ-Proben, die durch Aluminiumoxid passiviert und durch eine a-sinx-Deckschicht geschützt waren, wurde beobachtet. P-Typ-Proben, die gleichermaßen verarbeitet wurden, zeigten eine signifikante, aber vorübergehende Verschlechterung der Gesamtlebensdauer und eine leichte Verschlechterung für Beleuchtungsdauern, die 1000 Stunden überschreiten. die experimentellen Bedingungen (d. h. hauptsächlich die konstante hohe Temperatur) führen zu einer signifikanten Beschleunigung der Effekte im Vergleich zur Anwendung im Feld. Daher simulieren die Ergebnisse eine Feldanwendung von mehreren Jahren, und daher ist nicht zu erwarten, dass die beobachtete Verschlechterung für den Modulbetrieb sehr schädlich ist. der Effekt sollte jedoch für die Interpretation von Studien berücksichtigt werden, die unter solchen Bedingungen durchgeführt werden, z. Studien von letid oder der Stabilität des stabilisierten bo-Defektzustandes.

Die Langzeitstabilität der untersuchten Passivierungsschemata wird ausführlich in Lit. [11]. Die Degradation steht in Zusammenhang mit der Bildung von Defekten in der Wafermasse und ist der Hauptgegenstand der Literaturstelle.

Bestätigungen

Diese Arbeit wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bmwi und von den Industriepartnern im Forschungscluster solarlife unter Vertrag Nr. 1 unterstützt. 0325763a. Die Autoren sind verantwortlich für den Inhalt.

Quelle: sciencedirect

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