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Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Textur- und Charakterisierungsentwicklung

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsägeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallel laufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischen oder mechanischen Vorprozess auf diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen. Das Projekt umfasst insgesamt fünf Arbeitspakete (AP), AP 1: Projektkoordination AP 2: Entwicklung einer Textur für DWS-Wafer AP 3: Mess- und Charakterisierungstechnologien AP 4: Solarzellenherstellung und Demonstration AP 5: Ökonomische Bewertung einer Fertigungssequenz. Die Gesamtkoordination des Projektes liegt bei SCHMID.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Entwicklung eines Texturierungsadditivs und eines Prozesses für die saure Texturierung von diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern

Diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer haben ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallel laufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischen oder mechanischen Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen. Das Konsortium besteht aus verschiedenen Firmen und einem Forschungsinstitut, die mit ihren jeweiligen Expertisen dieses Projekt erfolgreich bearbeiten wollen. Die Ergebnisse des Projektes sollen es den Partnern ermöglichen, neue Anlagen oder Upgrades zu bestehenden Anlagen oder Messsystemen zu vermarkten und die Alleinstellungsmerkmale der jeweiligen Firmen weiter auszuprägen. Das Verbundprojekt umfasst 5 Arbeitspakete (AP): AP 1 Projektkoordination; AP 2 Entwicklung einer Textur für diamantdrahtgesägte-Wafer; AP 3 Mess- und Charakterisierungstechnologien; AP 4 Solarzellen-Herstellung und Demonstration; AP 5 Ökonomische Bewertung.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Inline-Messtechnik für Diamantdraht-gesägte multikristalline Wafer

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsägeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallellaufenden Drahtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischem oder mechanischem Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. In diesem Teilvorhaben werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen.

Diadem - Entwicklung von Säge- und Texturverfahren für diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer, Teilvorhaben: Entwicklung Anlagentechnologie für die Textur von diamantdrahtgesägten multikristallinen Wafern

In den vergangenen Jahren konnte der Diamantdrahtsögeprozess für monokristalline Wafer erfolgreich in die Industrie eingeführt werden, was insbesondere zu geringeren Kosten dieser Wafer geführt hat. Ebenso haben diamantdrahtgesägte multikristalline Wafer ein großes Potential zu einer kostengünstigen Alternative zu konventionell gesägten Wafern zu werden. Dies ist bislang aber noch nicht erreicht, da zwei wesentliche Hürden einer wirtschaftlichen Markteinführung entgegen stehen: Zum einen kann der Drahtsägeprozess seine Vorteile noch nicht auf multikristallinen Wafern entfalten und zum anderen gibt es noch keinen industriereifen Prozess solche Wafer zu texturieren. Während die erste Hürde in parallellaufenden Drohtsägeprojekten aufgegriffen ist, sollen in dem hier skizzierten Projekt geeignete Textur- und Charakterisierungsmethoden entwickelt werden. Ein besonderes Augenmerk wird hierbei auf eine industrielle Umsetzbarkeit sowie die Integrationsmöglichkeit in bestehende Solarzellenfertigungslinien gelegt werden. Zur Erreichung dieser Ziele wird ein grundlegendes Verständnis erarbeitet, wie ein Texturprozess eventuell mit chemischem oder mechanischem Vorprozess auf diamatdrahtgesägten multikristallinen Wafern umsetzbar und auf Großanlagen übertragbar ist. Begleitend werden die benötigten Messverfahren weiterentwickelt, die die elektrischen und mechanischen Eigenschaften dieser Wafer im Rahmen des Eingangstests klassieren sollen.

MuSkAD - Multikristallines Silizium für kostengünstige bifaziale Solarzellen mittels APCVD und Co-Diffusion, Teilvorhaben: Auswirkungen der Co-Diffusion aus mittels APCVD abgeschiedener Dotierschichten auf die Materialqualität von multikristallinem Silizium

Im Rahmen des Projekts soll der Einfluss des Co-Diffusionsprozesses auf multikristalline Wafer unterschiedlicher Qualität untersucht werden. Hierbei soll insbesondere die Wirkung des Co-Getterns, bei dem sowohl hoch bor- als auch phosphordotierte Bereiche metallische Verunreinigungen binden, evaluiert werden. Co-Gettern kann bei höheren Temperaturen entscheidend zur Verbesserung der Ladungsträgerlebensdauer im multikristallinen Material beitragen. Ziel ist es, ein besseres Verständnis des Einflusses der Co-Diffusion auf die Materialqualität für die Entwicklung von geeigneten Prozesssequenzen für möglichst viele multikristalline Silizium-Materialien zu entwickeln. Ein weiteres Ziel des Projekts ist es, die für den Diffusionsprozess notwendige thermische Ofentechnik radikal zu vereinfachen. Basierend auf Dotierquellen, die mittels APCVD (Atmosphärendruck-Gasphasenepitaxie) aufgebracht wurden, sollen Wafer für den Diffusionsprozess einfach aufeinander gestapelt werden. Dies macht den Einsatz der gegenwärtig noch verwendeten, vergleichsweise komplexen Öfen und Automationsanlagen überflüssig und trägt zu einer wesentlichen Reduktion der Betriebs- und Investitionskosten bei.

Hocheffiziente und kostengünstige PERx-Solarzellen als Wegbereiter für eine wirtschaftliche Umsetzung speicherunterstützter PV-Systeme (HELENE), Teilvorhaben: Drucktechnologie-spezifische Pasten zur lokalen Kontaktierung von Hocheffizienz-Emittern und PERx-Zellrückseiten

Entwicklung einer selektiv kontaktierenden Paste, die mittels Schablonen- und Extrusionsdruck aufgebracht werden kann. Die Arbeitsplanung umfasst die Hauptpunkte 'Materialentwicklung, Technologieentwicklung und den Transfer ins industrielle Umfeld'. Durch die systematische Auswahl und Charakterisierung von Kontaktsystemen soll eine selektive Kontaktbildung erreicht werden, welche die Rekombinationsverluste auf der Solarzellenvorderseite reduziert. Durch die gezielte Auswahl an Dispergiermitteln und oberflächenaktivierenden Netzmittel sollen die Pasten sowohl für den Sieb- bzw. Schablonendruck als auch für den Extrusionsdruck geeignet sein.

Black Silicon' Oberflächenstruktur und 'Defect Engineering' für Hocheffizienz-Solarzellen und Module

In den letzten Jahren sind die Stromgestehungskosten aus Photovoltaik-Anlagen stark gesunken. Um in naher Zukunft auch ohne staatliche Förderung konkurrenzfähig zu konventioneller Stromerzeugung zu werden, muss PV-Strom noch günstiger werden. Einen erheblichen Anteil der Systemkosten stellen mittlerweile die Installationskosten pro Modul dar. Durch höhere Modulleistungen kann bei identischem Installationsaufwand mehr elektrische Leistung erzeugt werden. Begrenzt wird die Modulleistung durch verschiedene Verlustmechanismen. Zwei der wesentlichsten sind: - Reflektionsverluste von der Vorderseite der Solarzelle, und - Sogenannte Rekombinationsverluste, durch die optisch erzeugte Elektronen bereits in der Solarzelle verloren gehen, bevor sie die Kontakte erreichen. Dieses Projekt hat zwei Hauptziele: - Stark verminderte Reflektionsverluste durch Verwendung einer speziellen Oberflächenstrukturierung (sogenanntes 'Black Silicon'), und - Reduzierung der Rekombinationsverluste durch gezielte Beeinflussung von Defekten, die für diese Verluste verantwortlich sind ('Defect Engineering'). Das Potential der Schlüsselideen des Projekts wurde bereits im Labormaßstab demonstriert. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Ideen so weiterzuentwickeln, dass sie im industriellen Maßstab in der Zell- und Modulfertigung eingesetzt werden können. Lieferobjekte des Vorhabens sind: (i) Prototyp eines Industrie-Standard Moduls aus Zellen mit 'Black-Silicon' (b-Si) Textur. (ii) Signifikante Verbesserung des Wirkungsgrads von Zellen aus Wafern, die aus dem Randbereich eines multikristallinen bzw. Quasi-Mono Silizium Blocks stammen. Dies soll erreicht werden durch Reduzierung der wirkungsgradlimitierenden 'Red Zone', die aus Eindiffusion von Metallen herrührt. (iii) Demonstration einer modifizierten Sequenz eines industriellen Zellprozesses mit dem Ziel, den Effekt der 'Licht-induzierten Degradation' (LID) zu vermeiden.

LIMES - Limitierende Defekte in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen, Teilvorhaben: Materialbedingte Limitierungen in kristallinem Si und Einfluss von Solarzellen-Prozessschritten

In dem Projekt sollen die Limitierungen der besten aktuellen, industrierelevanten Si-Materialien - mit erwarteten Lebensdauern über 1 ms - untersucht werden. Die Lebensdauerproben und Zellvorläuferstrukturen werden dabei auch den für bestimmte Hocheffizienzzelltechnologien spezifischen Hochtemperatur-, Getter- und H-Passivierschritten unterzogen, um das Vorliegen der Defekte nach Abschluss des Zellprozesses nachzustellen, welches für den erzielbaren Wirkungsgrad relevant ist. Auch sogenannte Regenerationsschritte werden zur Anwendung kommen. Über temperatur- und injektionsabhängige Lebensdauermessungen werden die Shockley-Read-Hall-Parameter der nichtstrahlenden Rekombination erfasst, die einen Fingerabdruck für die dominierenden und somit limitierenden Verunreinigungen darstellen. Welche Zellkenngrößen nach einem gegebenen Prozessfluss erwartet werden können, lässt sich anschließend mittels Simulationen vorhersagen. Hierbei können auch sehr unterschiedliche Zelltypen mit vergleichsweise geringem Aufwand untersucht und verglichen werden. Ebenso sollen die Auswirkungen von Prozessvariationen analysiert und Optimierungsstrategien entworfen werden.

LIMES - Limitierende Defekte in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen, Teilvorhaben: Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen

In diesem Projekt soll der Einfluss von Prozessschritte wie sie für die Herstellung höchsteffizienter Solarzellen erforderlich sind auf die Ladungsträgerlebensdauern in solarzellenrelevanten monokristallinen p- und n-Typ Czochralski-Silizium-Materialien und in blockgegossenem multikristallinen Silizium sowie in geringem Umfang in hochreinem Float-Zone-Silizium als Referenzmaterial untersucht werden. Ziel ist es, Prozessfolgen zu finden, die zu Ladungsträgerlebensdauern führen, die mit sehr hohen Wirkungsgraden größer als 25% kompatibel sind. Dies soll mit numerischen Bauelementsimulationen belegt werden. Die Untersuchungen sollen aufgrund der höheren Flexibilität und Aussagekraft der Ergebnisse in erster Linie an Lebensdauerteststrukturen durchgeführt werden, auf die der Einfluss verschiedener einzelner Prozesse bzw. Kombinationen von Prozessen, insbesondere Hochtemperaturschritte, Getterschritte und die Wechselwirkung von Volumendefekten mit Wasserstoff, analysiert werden soll. Auch Vor- und Nachbehandlungen des Materials sollen untersucht werden, wie z.B. die 'Tabula Rasa'-Vorbehandlung des Materials oder die nachträgliche Deaktivierung von Defekten bei gleichzeitiger Temperung und Ladungsträgerinjektion ('Regeneration').

LIMES - Limitierende Defekte in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen, Teilvorhaben: Materiallimitierende Defekte in TOPCon-Solarzellen: Analyse und Materialoptimierung

Höchsteffiziente Solarzellen benötigen Basismaterialien mit Ladungsträgerlebensdauern von deutlich über 1 ms, um möglichst wenig durch die Materialqualität limitiert zu werden. Die besten aktuellen Materialien p- (implatieren von Fremdatomen) und n- (implantieren von Elektronen-Donatoren) Typ Cz-Si (Czochralsky Silizium), p-Typ HPM-Si (multikristallines Blockguss-Silizium), aber auch p- und n-Typ FZ-Si-(Float Zone - Silizium)) erreichen zwar sehr hohe Lebensdauern größer als 1 ms, weisen dennoch eine Begrenzung unterhalb des intrinsischen Auger-Limits auf. Über die limitierenden Defekte ist sehr wenig bekannt. Das Projekt hat zum Ziel, die limitierenden Defekte nach verschiedenen Höchsteffizienzprozesssen zu identifizieren, die Limitierung der Solarzellparameter zu quantifizieren und Optimierungsstrategien für ein hohes Wirkungsgradpotenzial zu erarbeiten. Das Vorhaben gliedert sich in vier Teilprojekte, in Teilprojekt 1 Materiallimitierende Defekte in TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)-Solarzellen: Analyse und Materialoptimierung, in Teilprojekt 2 'Analyse der materiallimitierenden Defekte in TOPCon-Solarzellen', in Teilprojekt 3 'Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen' und in Teilprojekt 4 'Materialbedingte Limitierung in kristallinem Silizium und Einfluss von Solarzellenprozessschritten'.

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