Elektrische aktive Defekte und Kurzschlußmechanismen in UMG-Si

Diese Arbeiten sollen am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle (Deutschland) erfolgen, da dieses Institut weltweit führend bei der Untersuchung von Kurzschlüssen in Solarzellen ist. Die Arbeiten sind eingebunden in das Verbundprojekt SolarFocus, in dem sich zwölf Unternehmen der deutschen Photovoltaikindustrie und zwölf Forschungspartner zusammengeschlossen haben, mit der Zielsetzung des Erreichens von höheren Wirkungsgraden durch optimierte Siliziumverarbeitung und innovative Ansätze bei der Herstellung von Silizium-Solarzellen. Elektrisch aktive Defekte können zu internen Kurzschlüssen führen (Shunts), welche nicht nur den Wirkungsgrad von Solarzellen verringern, sondern sie können bei durch teilweise Abschattung hervorgerufener Rückwärtsspannung zu Hot-Spots führen, welche das Modul thermisch zerstören. Sie spielen in Solarzellen aus blockgegossenem Silizium eine zunehmende Rolle, da für diese Zellen zunehmend metallurgisch gereinigtes Silizium (UMG-Si) verwendet wird, welches mehr Shunts erzeugt als das bisher verwendete hochreine Silizium. Ein erheblicher Teil (z.T. mehrere Prozent) aller gegenwärtig erzeugten Si-Solarzellen können nicht verwendet werden, weil sie Shunt-behaftet sind oder eine zu geringe Durchbruchsspannung aufweisen. Von der Physik materialinduzierter Shunts ist bisher bekannt, dass ein Großteil der ohmschen Kurzschlüsse aus n-leitenden SiC- Filamenten bestehen, die vorwiegend entlang von Korngrenzen durch die gesamte Zelle führen und am Rückkontakt einen Kurzschluß bilden. Es ist auch bekannt, dass nur ein Teil dieser Filamente einen Kurzschluß bilden, andere dagegen nicht. Der Grund dafür ist bisher noch unbekannt. Das Hauptziel dieser Arbeiten ist deshalb die Aufklärung des Leitungsmechanismus von materialinduzierten Kurzschlüssen in multikristallinen Si- Solarzellen. Insbesondere soll untersucht werden, welche Faktoren den ohmschen Kurzschluß der SiC-Filamente am Rückkontakt beeinflussen und wie man diesen Kurzschluß verhindern kann. Weiterhin sollen auch andere Shuntphänomene in multikristallinen wie auch in Si-Dünnschicht-Solarzellen untersucht werden. Grundlagen zum physikalischen Verständnis der Leitungsmechanismen von schwach-exponentiellen Vordurchbrüchen sollen entwickelt werden. Die experimentellen und instrumentellen Voraussetzungen zur Durchführung dieser Arbeit (Teilschritte der Si-Technologie, Focused Ion Beam (FIB) Präparation, Transmissionselektronenmikroskopie mit Mikroanalyse-Möglichkeiten, Rasterelektronenmikroskopie incl. EBIC und EDX) sind am MPI Halle vorhanden. Elektrolumineszenz-Messungen sollen in Kooperation mit einem anderen Forschungspartner weiterentwickelt werden. Die bereits bestehende Kooperation mit Firmen wie Q-Cells und CSG-Solar (beide in Bitterfeld-Thalheim nahe Halle gelegen) gewährleistet eine gute Industrieanbindung dieses Projekts. Es wird erwartet, dass das Ergebnis dieser Untersuchungen zu Vorschlägen führt, wie das Auftreten von Shunts in Solarzellen verhindert oder zumindest verringert werden kann. Speziell bei metallurgisch gereinigtem Silizium ist diese Problematik vordergründig und sehr wenig Literatur ist zu diesem Thema zu finden. Diese Arbeit kann ein nicht unwesentlicher Beitrag zur größeren Verbreitung von UMG-Si und damit generell zur Senkung der Kosten der Photovoltaik sein, die bisher noch eine breitere Anwendung dieser Technologie verhindern.