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Abb. 22: Schematische Darstellung unterschiedlicher Co-Verdampfungsprozesse zur Herstellung von CIGSe-Dünnschichten.
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Technologien zur Herstellung der Bauelemente

Wichtig für die wirtschaftliche Herstellung von Dünnschichtsolarzellen sind hoher Durchsatz und gute Produktionsausbeute bei hoher Qualität. Dabei verfolgt die Industrie zwei technologische Hauptrichtungen:

(1) Sequentielle Prozesse mit H2 Se oder schneller reaktiver Umsetzung von Se und Metallschichten (RTP)

Polykristalline CuInS2 oder Cu(In,Ga)Se2 Dünnschichten werden auf einem Substrat (z. B. Mo-beschichtetes Glas) aus metallischen Cu-In-Vorläuferschichten in Gegenwart von H2Se, H2S oder elementarem Selen- und Schwefeldampf (Chalkogengas, Prozessgas) bei Temperaturen um 500 °C bis 600 °C abgeschieden.

Erfolgt die Umsetzung innerhalb weniger Sekunden, spricht man von einem „Rapid Thermal Processing“ (RTP). Die dafür nötigen hohen Aufheizraten mit Temperatur-Gradienten von bis zu 500° C pro Minute werdenmittels starken Strahlungsheizern, beispielsweise Halogen- oder Quarzlampen, erreicht. Diese Technologie hat den Sprung von der Labormethode zu einer industriellen Produktion geschafft. Sie besitzt ein großes Potenzial zur Kostenreduktion, ermöglicht hohen Durchsatz lässt sich auf große Produktionsraten hochskalieren.

(2) CIGSe-Mehrstufen-Koverdampfungsprozess

Alternativ können Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) Schichten auch über Koverdampfung hergestellt werden, indem Cu, In, Ga und Se im Vakuum mehr oderweniger gleichzeitig auf ein geheiztes Substrat aufgedampft werden. Abbildung 22 zeigt beispielhaft das Ratenprofil für diese Elemente in einem sogenannten Mehr-Stufen-Prozess. Zuerst werden neben Selen nur In und Ga angeboten, um auf dem etwa 330 °C heißen mit Mo beschichteten Glassubstrat eine In-Ga-Se Vorläuferschicht zu erzeugen; in der zweiten Phase wird diese durch das Aufbringen von Cu und Se bei über 500° C Substrat- Temperatur zu Cu(In,Ga)Se2 umgesetzt. Dieser komplexe Herstellungsprozess wird mit der am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie entwickelten laser-light-scattering (LLS) in-situ Prozesskontrolle überwacht und gesteuert.

So wird in einem Zwei-Schicht-Prozess bereits in der 1. Phase Cu verdampft, oder in Inline-Prozessen die geeignete Charakteristik der Aufdampfraten durch die Translation der Substrate über statischen Verdampferquellen eingestellt.

Über mehrstufige Koverdampfung konnten im Labor bereits Wirkungsgrade von bis zu 20,3% erreicht werden; industriell erzeugte, kommerziell erhältliche CIGSe-Module haben Wirkungsgrade von bis zu 13%.

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