Entwicklung wissenschaftlicher und technischer Grundlagen fuer die Herstellung von Duennschichtsolarzellen auf der Basis des a-Si:H und #mu#c-Si:H mit der 'Hot-Wire'-Depositionstechnik Abschlussbericht

Zwei neue Anlagen zur vollstaendigen bzw. grossflaechigen Abscheidung von a-Si:H basierenden Solarzellen mit der sog. 'Hot-Wire (HW)' CVD wurden aufgebaut. Die Abscheidebedingungen fuer geeignete n- und p-dotierte a-Si:H-bzw. #mu#c-Si:H-Schichten wurden ermittelt. Weltweit wurde erstmals eine a-Si:H-pin-Zelle vollstaendig mit der HWCVD-Methode hergestellt, ein Anfangswirkungsgrad von #eta#_i_n_i_t_i_a_l = 8,9% wurde erreicht. Nach Entwicklung eines p/n-Tunnel- bzw. Rekombinationsueberganges ist es weltweit ebenfalls erstmals gelungen, pin-pin-Tandemstrukturen mit a-Si:H-Absorbern vollstaendig mit der HWCVD-Methode abzuscheiden. Nach Teilalterung wurden noch Wirkungsgrade von #eta##approx#7% ermittelt. Generell ist die Stabilitaet der all-HWCVD-Zellen noch unbedriedigend, was auf strukturell instabile p-Schichten zurueckgefuehrt werden konnte. Erste nip-Solarzellen auf Edelstahlsubstraten wurden ebenfalls vollstaendig mit der HWCVD praepariert (#eta#_i_n_i_t_i_a_l>6%). Der Einbau von #mu#c-Si:H-Absorberschichten die mit HWCVD bzw. ECWR-PECVD hergestellt wurden, in pin-Solarzellen war bisher wenig erfolgreich. In einer Anlage zur grossflaechigen HWCVD-Abscheidung wurden a-Si:H-Schichten mit guter Qualitaet und einer Schichtdickenuniformitaet von #DELTA#d = #+-#2,5% hergestellt. Fuer sog. 'Huepfzellen', nur die i-Schicht wurde in der Anlage abgeschieden, wurden auch sehr uniforme Anfangswirkungsgrade #eta#_i_n_i_t_i_a_l=6,1#+-#0,2% fuer kleinflaechige Zellen auf einer Flaeche von 20 x 20 cm"2 erreicht. Diese Ergebnisse koennen als 'proof of concept' fuer die grossflaechige HWCVD-Abscheidung fuer a-Si:H-basierende Solarzellen betrachtet werden. Erstmals wurde die HWCVD zur Abscheidung von Emitter-Schichten fuer Hetero-Solarzellen auf c-Si-Wafer-Basis eingesetzt. Es wurden Hetero-Solarzellen mit amorphen, mikrokristallinen und epitaktischen n- und p-Typ-Emittern hergestellt. Die Wirkungsgrade erreichten auf Anhieb Werte (#eta#_m_a_x=15,2%), wie sie nach laengerer Entwicklungszeit fuer PECVD-Emitter berichtet wurden. (orig.)Two new deposition systems were realized enabling the entire and respectively, large area deposition of a-Si:H based solar cells using the so called 'hot-wire' (HW) CVD. The deposition conditions for appropriate n- and p-doped a-Si:H and #mu#c-Si:H layers have been developed. For the first time in the world a-Si:H based pin solar cells were entirely deposited by the HWCVD method. A maximum initial conversion efficiency of #eta#_i_n_i_t_i_a_l=8.9% was obtained. After the development of a suitable p/n-tunnel/recombination junction pin-pin tandem structures with a-Si:H absorbers could be entirely fabricated by the HWCVD for the first time in the world, too. A conversion efficiency of #eta#=7% was measured for the tandem cell, after some structural degradation took place. In general, the stability of the HWCVD solar cells is not satisfactory, what could be attributed to a structural instability of the HWCVD-p-layers. For the first time we have deposited nip solar cells on stainless steel substrates entirely by HWCVD (#eta#_i_n_i_t_i_a_l>6%). The incorporation of #mu#c-Si:H absorber layers by HWCVD or ECWR-PECVD into pin solar cells was not successfull until now. Large area deposition of a-Si:H films has been performed in a simple vacuum vessel. Under consideration of appropriate filament and gas supply geometry as well as simulation calculations a good electronic quality and a film thickness uniformity of #DELTA#d=#+-#2.5% of the material was obtained. i-layers for small area solar cells on an area of 20 x 20 cm"2 have been deposited which could be completed to solar cells with very uniform conversion efficiencies of #eta#_i_n_i_t_i_a_l = 6,1#+-#0.2%. This result represents a proof of concept for the large area deposition of a-Si:H based solar cells using the HWCVD. Also for the first time the HWCVD was used for the deposition of emitter layers on c-Si-wafers to realize hetero solar cells. Hetero solar cells with amorphous, microcrystalline and epitaxial n- and p-type emitters have been fabricated. After a very short development time conversion efficiencies have been obtained (#eta#_m_a_x = 15.2%) which are reported for PECVD emitters. (orig.)Available from TIB Hannover: F02B1161 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany); Bundesministerium fuer Wirtschaft und Technologie (BMWi), Berlin (Germany); ASE/Phototronics Solartechnik GmbH, Putzbrunn (Germany)DEGerman