Im PV-TEC werden verschiedene Themen bearbeitet, die allesamt ein Ziel haben: kostengünstige Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad in einheitlicher, langzeitstabiler Qualität:

Charakterisierungsverfahren

• Kontaktlose Schichtwiderstandsmessung:Mit der Methode „Sheet Resistance Imaging“ (SRI) wird der elektrische Widerstand der für die Solarzelleneffizienz wichtigen Emitterschicht gemessen. Mit diesem rein optischen Verfahren können in Sekundenschnelle und berührungsfrei Topografien der Emitterdotierung erstellt werden – ein wichtiges Instrument zur Optimierung von Diffusionsprozessen.
• Photoleitfähigkeitsmessung: Mit der Methode „Quasi Steady State PhotoConductance“ (QSSPC) kann aus der berührungsfrei gemessenen Photoleitfähigkeit die effektive Lebensdauer freier Ladungsträger in Solarzellenmaterialienbestimmt werden. Die schnelle, bereits häufig eingesetzte Messmethode wird weiterentwickelt, um die Daten jetzt auch mit höherer Ortsauflösung zu erhalten.

Beschichtungsverfahren

• Kathodenzerstäubung mit rotierendem Target: Die PVD-Beschichtungsanlage wird im PV-TEC im Hinblick auf Schichtgüte, Standzeit und Betriebskosten in Kooperation mit dem Hersteller Applied Materials optimiert. Dabei werden jetzt als Substrat zwei rotierende, zylinderförmige Silizium-Targets erprobt (Abb. 6). Bei den bisherigen planaren Targets konnten aufgrund der ungleichmäßigen Materialabtragung nur etwa 20% des Silizium-Substrats genutzt werden. Mit dem neuen Verfahren steigt die Ausnutzung auf bis zu 80%.

Kontaktierungsmethoden

• Hotmelt-Siebdruck: Spezielle Hotmelt-Pasten werden im Siebdruck auf die Solarzelle aufgebracht und gleichzeitig elektrisch erwärmt (Abb. 7). Dadurch entfallen anlagen-, zeit- und energieintensive Hochtemperatur-Trocknungsprozesse. Zudem wird mit einer schlanken Kontaktfinger-Kontur die Abschattung durch das frontseitige Kontaktgitter reduziert, ohne die elektrische Leitfähigkeit zu beeinträchtigen.
• Lichtinduzierte Galvanik: Mit diesem kombinierten Verfahren werden sehr filigrane und wenig abschattende Kontaktgitter erzielt. In zweistufigen Prozessen werden die frontseitigen Kontaktfinger zunächst vorbereitet, indem linienhafte Kontakte als Saatschichten aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise im Siebdruckverfahren oder durch neuartige kontaktlose Verfahren geschehen, die noch im Labormaßstab in der Erprobung sind. Beispiele hierfür sind das „Metal Aerosol Printing“ oder das Schmelzen von Metallpulver mit dem Laser. Die Saatschichten bieten einen sehr guten Kontakt zum Silizium. Um die elektrische Leitfähigkeit der linienhaften Kontakte zu verbessern, wird im zweiten Schritt Silber in einem galvanischen Prozess aufgetragen. Die beleuchtete Solarzelle liefert die dazu notwendige Spannung.

Prozessierung neuer Zellkonzepte

• MWT (Metall-Wrap-Through):Auf der Vorderseite der Solarzellen befinden sich nur noch die Kontaktfinger (Abb. 8). Diese Leiterbahnen werden durch mittels Laser erzeugte Löcher (ca. 50 pro Zelle) punktuell von der Vorder- zur Rückseite geführt. Die Stromsammelschienen (bus bars) befinden sich dann auf der Rückseite der Solarzelle, sodass die Verschaltung von mehreren Solarzellen komplett rückseitig erfolgen kann. Durch die Verlegung der Zellverbinder auf die Rückseite wird zudem die Abschattung weiter reduziert.
• EWT (Emitter-Wrap-Through): Im Vergleich zur MWT-Zelle werden nun auch die Kontaktfinger auf der Vorderseite eingespart. Dies erreicht man, indem die gut leitende Halbleiterschicht der Vorderseite durch eine Vielzahl von Löchern (über 20.000 pro Zelle) auf die Rückseite geführt wird. Die Verschaltung mehrerer Solarzellen erfolgt ebenfalls komplett rückseitig.
• Rückseitenkontakt-Zelle: Eine besonders elegante Variante sehr effizienter Solarzellen für hochreines Silizium-Material ist die Rückseitenkontakt-Solarzelle, bei der sich sowohl der negative als auch der positive Kontakt auf der Rückseite befinden. Diese Zellen zeichnen sich durch ein homogenes  Erscheinungsbild, einen hohen Wirkungsgrad und eine einfache Modulverschaltung aus. Allerdings ist die Trennung von p- und n-diffundierten Bereichen wesentlich komplexer als bei Standard-Solarzellen. Die Entwicklung der damit verbundenen Laser- Strukturierungstechnologie wird in die industrielle Produktion überführt.
• Inline-Diffusion: Die für die Solarstromproduktion wichtige Emitterschicht wird bei Temperaturen von etwa  900°C im Diffusionsofen eingebracht. Bislang läuft dieser Prozess diskontinuierlich ab (batch), indem jeweils 200 bis 400 Wafer in einer Quarzkassette in einen rohrförmigen Diffusionsofen eingeführt werden. Die Diffusion im inline-Verfahren hat verschiedene Vorteile, wird jedoch aufgrund prozesstechnischer Hürden nur vereinzelt eingesetzt. Jetzt wird im PV-TEC gemeinsam mit der Centrotherm Photovoltaics AG ein Diffusionsofen für den Produktionsmaßstab entwickelt und erprobt. Besonderer Pfiff der vierspurigen Anlage ist das kontaminationsfreie Durchlaufsystem mit keramischem Hubschnursystem (Abb. 9). Das Verfahren ist auch geeignet für verschiedene Oxidationsprozesse, für das Kontaktfeuern und für einfache Trocknungsverfahren.