Stand der Technik

Aktuelle Entwicklungen der Solarindustrie zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Solarzellen konzentrieren sich auf die folgenden Themen:
1. Optimierung der Produktion
2. Reduktion des Materialverbrauchs
3. Erhöhung des Wirkungsgrades

Die Optimierung der Produktion erfordert eine detaillierte Prozesskontrolle, die die Erreichung der geforderten Produktqualität bei minimalem Ressourceneinsatz sicherstellt.

Vor diesem Hintergrund werden im neu aufgebauten Prüflabor verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Solarzellen demonstriert.

Die dazu notwendigen Messverfahren dienen einerseits zur Klassifizierung der Zellen nach gut- und schlecht-Kriterien aber zunehmend auch zur Optimierung der Prozessparameter mit dem Ziel der Optimierung der Ausbringungsmenge (Yield-Management).

Im Folgenden werden die häufig verwendeten Prüfverfahren beschrieben, die bei der Bearbeitung von Siliziumwafern (Waferprozessierung) zur Anwendung kommen.

In der Wafer-Eingangskontrolle findet eine optische Prüfung der Wafer auf Bruch, Risse und Oberflächenbeschädigung statt. Die Wafer werden im Infrarotbereich durchleuchtet. Der Prüfung auf Risse kommt eine besondere Bedeutung zu, da die Zelle im späteren Verlauf der Produktion brechen und zu einem Produktionsstillstand führen könnte. Zusätzlich werden elektrische Prüfungen zur Bestimmung von Dicke und Basiswiderstand des Wafers durchgeführt.

Nach der Oberflächenreinigung und Oberflächentexturierung kann über optische Prüfverfahren der Reflexionsgrad und die Texturierung geprüft werden. Darüber hinaus wird der Ätzabtrag mechanisch gemessen.

Nach dem anschließenden Prozessschritt der Emitterdiffusion wird über elektrische Verfahren der Emitterschichtwiderstand im Hinblick auf Homogenität und Größe bestimmt.

Die im Anschluss aufgebrachte Antireflexschicht wird über spektrale optische Messverfahren auf die Einhaltung der geforderten Schichtdicke und auf Vollständigkeit geprüft.

Optische Prüfsysteme sind außerdem erforderlich, um die im Druckverfahren aufgebrachte Metallisierung zu prüfen. Dazu werden die Druckposition, die Vollständigkeit der Metallfinger sowie die Fingerbreiten untersucht.

Nach den abschließenden Schritten zur Kontaktbildung und Kantenisolation wird der Widerstand der Zelle elektrisch im Rahmen der Ausgangskontrolle über die Strom-Spannungskennlinie gemessen.

Die Ausgangskontrolle stellt die umfassendste Prüfung dar, bei der neben der zentralen elektrischen Prüfung über die Strom-Spannungskennlinie auch optische Prüfverfahren eingesetzt werden. Diese ermöglichen die Prüfung der Zelle auf Ausbrüche und Beschädigungen der Oberfläche sowie deren Farbe.

In den letzten Jahren sind neue optische Messverfahren für die Ausgangskontrolle entwickelt worden, die bei hoher Ortsauflösung nicht nur die genannten optischen Merkmale prüfen können, sondern auch elektrische Eigenschaften der Zelle messen und damit durch detaillierte Informationen zur Optimierung des Produktionsprozesses beitragen. Hierzu zählen thermographische Verfahren und die Elektrolumineszenz [Rein07].