Photonische Prozesse zum schnellen, präzisen und flexiblen Heizen von Halbleiterbauelementen, Teilvorhaben: Ultraschnelle in situ-Analyse von Annealing-Prozessen mittels Pump-Probe Messtechnik

Description: Ziel des Projektes ist das breite Spektrum der thermischen Prozesse (Annealing) in der Solarzellenproduktion mit 'Laser' als Wärmequelle abzudecken und die Limitierungen der Ofentechnologie zu überwinden. Folgender Bedarf wird adressiert: Örtlich selektive Behandlung einzelner Schichten in komplexen Strukturen wie Perowskit- und Heterosolarzellen sollen überhaupt möglich gemacht werden. In Öfen werden die Werkstücke als Ganzes geheizt. Während manche Schichten von der Wärme profitieren, degradieren andere. Laser bieten über angepasste Wellenlänge, Strahlformung und Pulsdauern drei Strategien zum selektiven Wärmeeintrag. - Temperaturen größer als 1400 Grad C im Werkstück sollen energieeffizient erreicht werden. Im Gegensatz zu Lampen oder elektrischen Elementen können Laser Materialien heizen, während sie selbst kalt bleiben. Die Anforderungen an das Kühlsystem und Stromverbrauch der Anlage sinken dabei. - Die Geschwindigkeit, die Präzision und die Flexibilität des Wärmeeintrags sollen erheblich steigen. Laser können auf Knopfdruck an- und ausgeschaltet werden und sind somit hoch dynamische Quellen. - Die physikalischen Mechanismen im Werkstück sollen durch die breiten Prozessoptionen mit Lasern besser verstanden werden. Die Materialien in Solarzellen sind vielseitig, ebenso wie zur Verfügung stehenden Laser. Im Konsortium in PhocoHila soll zum ersten Mal ein Gesamtbild erzeugt werden, das die Anforderungen der Materialien mit den verfügbaren Strahlquellen verknüpft. Daraus kann für die verschiedenen Anwendungen im Kontext der jeweils geltenden Randbedingungen die optimale thermische Behandlung ermöglicht werden. Des Weiteren soll in PhocoHila die Laser-Materie Interaktion in unterschiedlichen Szenarien mit dediziertem Messequipment detailliert untersucht werden. Auch Anlagenentwicklung wird in diesem Projekt adressiert. Es soll eine Prototyp Laseranlage mit integrierter Vakuum-Prozesskammer gebaut werden, die Annealing bei hohen Temperaturen über dem Schmelzpunkt ermöglicht.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Lampe ? Laser ? Solarzelle ? Elektrizitätsverbrauch ? Messtechnik ? Szenario ? Thermisches Verfahren ? Heizung ? Kühlung ? Schmelzpunkt ?

Region: Sachsen

Bounding boxes: 10.96785° .. 10.96785° x 47.85761° .. 47.85761°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• Hochschule Mittweida, University of Applied Sciences, Laserinstitut (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2022-06-01 - 2024-05-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: Ultrafast in situ analysis of annealing processes by means of pump-probe measurement technology
  Description: The aim of the project is to cover the broad spectrum of thermal processes (annealing) in solar cell production with 'laser' as a heat source and to overcome the limitations of furnace technology. The following needs are addressed: Locally selective treatment of individual layers in complex structures such as perovskite and heterojunction solar cells should be made possible at all. In furnaces, the workpieces are heated as a whole. While some layers benefit from the heat, others degrade. Lasers offer three strategies for selective heat input via adapted wavelength, beam shaping and pulse duration. - Temperatures > 1400°C in the workpiece should be achieved in an energy-efficient manner. Unlike lamps or electrical elements, lasers can heat materials while remaining cold themselves. This reduces the demands on the cooling system and power consumption of the equipment. - The speed, precision and flexibility of heat input are said to increase significantly. Lasers can be switched on and off at the touch of a button, making them highly dynamic sources. - The physical mechanisms in the workpiece are said to be better understood through the broad process options with lasers. The materials in solar cells are versatile, as are available lasers. In the consortium in PhocoHila, an overall picture is to be generated for the first time that links the requirements of the materials with the available beam sources. From this, the optimum thermal treatment can be made possible for the various applications in the context of the boundary conditions that apply in each case. Furthermore, the laser-matter interaction in different scenarios will be investigated in detail with dedicated measurement equipment in PhocoHila. Plant development is also addressed in this project. A prototype laser system with integrated vacuum process chamber will be built, which allows annealing at high temperatures above the melting point. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1125718

Status

Aktiv

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