Duennschichtsolarzellen aus kristallinem Silicium auf Glassubstraten Abschlussbericht

The goal of presenting a highly efficient thin film silicon solar cell was achieved by manufacturing a 4 cm"2, 45 #mu#m thin cell with an AM1.5 efficiency of 16.6% (confirmed by FhG-ISE, Freiburg, Germany). This result reflects the potential of a novel transfer technique for single-crystalline silicon thin films which uses an electrochemically etched separation layer. Since the year 2000, this method was investigated in this project, and it proved to be very promising for manufacturing high efficiency thin film silicon solar cells. The transfer technique is now subject of a project in continuation in order to verify the feasibility of its industrial application. Polycrystalline silicon with grain sizes in the range of (1-100) #mu#m suffers from grain boundaries crossing the pn-junction which enhance recombination, and thereby limit the output voltage of respective solar cells to very low, and practically useless values. For the first time, a complete analysis of these limitations is given. Hence, the initial approach of epitaxially growing solar cell absorbers on a laser-crystallised seed layer proved not successful. After proper optimisation, hot-wire chemical vapour deposition (HW-CVD) yields <110>-textured nanocrystalline silicon (nc-Si) films with stable and improved electronic properties. A successful use in stacked 'micromorph' solar cells, however, seems unlikely since the deposition rate of high-quality nc-Si from HW-CVD turns out to be as low as such as plasma deposited nc-Si. As further project results, there are spin-offs for microelectronics from ion-assisted deposition (IAD), for displays from laser crystallisation, and for photovoltaics in heterojunction solar cells. (orig.)Das Projektziel wurde mit der Herstellung einer 45 #mu#m duennen, monokristallinen Siliciumsolarzelle auf Glas mit einem Wandlungswirkungsgrad von 16,6% (bestaetigt bei FhG-ISE, Freiburg) erreicht. Dieses Ergebnis war moeglich durch die Anwendung einer neu entwickelten Transfertechnik fuer monokristalline Siliciumfilme, die auf der Bildung einer Trennschicht mittels elektrochemischer Aetzverfahren beruht. Dieses Verfahren wurde seit einer Anpassung des Arbeitsplanes im Jahr 2000 im Vorhaben verfolgt und konnte die damaligen hohen Erwartungen sogar noch uebertreffen. Es wird in einem Anschlussvorhaben weiterentwickelt, um unter anderem belastbare Fakten zu Fragen der industriellen Anwendbarkeit zu sammeln. Die direkte Herstellung effizienter polykristalliner Siliciumsolarzellen auf Glassubstraten bei Temperaturen zwischen 400 und 600 C erwies sich als aeusserst schwierig und vermutlich unmoeglich. Zum ersten Mal konnte eine umfassende Analyse der grundsaetzlichen Begrenzungen fuer pn-Solarzellen aus Silicium mit Korngroessen im Bereich von (1-100) #mu#m vorgelegt werden. Der Durchgang von Korngrenzen durch den pn-Uebergang begrenzt in diesem Korngroessenbereich die erreichbare Ausgangsspannung prinzipiell auf inakzeptabel niedrige Werte. Die thermokatalytische Abscheidung (hot-wire CVD) nanokristalliner Si-Filme (nc-Si) fuer den Einsatz in gestapelten, mikromorphen Solarzellen konnte dahingehend optimiert werden, dass Schichten mit ausschliesslicher <110>-Textur erzielt wurden. Solche Schichten zeigen stabile elektronische Eigenschaften; Veraenderungen durch die Aufnahme von atmosphaerischem Sauerstoff, Wasser usw. koennen damit vermieden werden. Der Einsatz in Solarzellen scheint jedoch der geringen Abscheiderate wegen wenig sinnvoll. Hier zeigte sich, dass Schichten guter elektronischer Qualitaet in hot-wire CVD aehnlich niedrige Abscheideraten erfordern wie in plasmagestuetzten Verfahren. Weitere Ergebnisse in den Bereichen Ionenunterstuetzte Abscheidung (IAD), Laserkristallisation und Si-Hetero-Solarzellen koennen als spin-off fuer andere Anwendungen genutzt werden. (orig.)Available from TIB Hannover: F02B1745 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman