Entwicklung und Charakterisierung strukturierender Laserverfahren für die Herstellung kristalliner Silizium-Solarzellen

Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Einsatz strukturierender Laserverfahren für kristalline Silizium-Solarzellen. Lasersystemen können vielseitig in der Solarzellenfertigung z. B. für die Kontaktierung, Dotierung, Isolation und zur Strukturierung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist neben dem hohen Grad an Flexibilität und der schnellen Prozessierung, die kontaktlose Bearbeitung, die vor allem beim aktuellen Trend zu dünneren Silizium-Substraten für eine reduzierte Bruchgefahr immer wichtiger wird. Strukturierende Laserverfahren finden vorrangig bei der Umsetzung neuartiger Solarzellenkonzepte mit höherem Wirkungsgradpotential im Vergleich zur Siebdrucksolarzelle wie den MWT-, EWT-, IBC- und den PERC-Solarzellen Einsatz. Gerade für die Erzeugung der Via-Löcher für die MWT- und EWT-Solarzellen ist die Laserstrukturierung alternativlos. Der Einfluss der Laserparameter insbesondere der Pulslänge und der Fluenz auf die Prozessgeschwindigkeit und die erzeugte Schädigung im Silizium wird innerhalb dieser Dissertation ausführlich erörtert. Dabei kommen verschiedene Laserquellen zum Einsatz deren Pulslängen sowohl im Bereich zwischen 250 ns und 1,6 µs liegen als auch mit 10 ps im ultra-kurzen Pulslängenregime anzuordnen sind. Einen zweiten zentralen Inhaltspunkt stellt die Untersuchung der Strukturierung dielektrischer Schichtsysteme dar. Neben dem Einfluss der Laserparameter wie Pulslänge, Pulsenergie, Wellenlänge und räumlicher Intensitätsverteilung wird auch der Einfluss der Oberflächenmorphologie analysiert. Die Untersuchungen zur Strukturierung dielektrischer Schichten werden auf die Umsetzung einer neuartigen Vorderseitenmetallisierung hin durchgeführt. Diese basiert auf der lokalen Öffnung der Antireflex-Schicht auf der Solarzellenvorderseite und einer zweistufigen galvanischen Kontaktbildung. Diese neuartige Vorderseitenkontaktierung wurde erfolgreich auf hocheffizienten Solarzellen umgesetzt und führte zu Wirkungsgraden von bis zu 20,7 %. Für alle untersuchten Prozesse wurde neben einer experimentellen Prozessoptimierung eine Modellbildung und möglichst vollständige Prozesserfassung angestrebt.