PECVD-System für Siliziumdünnschichtsolarzellen auf Glas
Gewiss ist der entscheidende Bestandteil jeder Siliziumdünnschicht-Solarzelle die lichtabsorbierende Schicht. Gemessen an der Gesamtstärke der Solarzelle nimmt der Absorber den größten Raum ein; dies gilt insbesondere für sogenannte Tandem- und Dreifachzellen. Der Absorber wird gewöhnlich aus einem Silan-Wasserstoffgemisch, sowie bor- und phosphorhaltigen Dotierstoffen mit Hilfe der plasmagestützten Dampfphasenabscheidung (PECVD) in der Form einer PIN Struktur großflächig abgeschieden. Die PECVD Reaktoren der PHOEBUS Anlage müssen in der Lage sein, die gewünschten Materialqualitäten des amorphen und mikrokristallinen Siliziums mit hoher Schichtgleichmäßigkeit und bei niedrigen Produktionskosten zu erreichen.
PHOEBUS ist die PECVD-Lösung von LEYBOLD OPTICS. PHOEBUS basiert auf einem vertikalen, „Carrier“-losen und linearen Cluster-Ansatz, um sowohl die für horizontale Systeme typischen Probleme durch Partikelverunreinigung, als auch die mit vertikalen Systemen verbundenen hohen Kosten zu umgehen. TCO-beschichtete Glassubstrate mit Abmessungen von 1,1 x 1,4 Meter werden thermisch vorkonditioniert und mittels eines vertikalen Schleuse in das Vakuum überführt. Ein vertikaler gabelartiger Transportroboter nimmt das Glas aus dem Innern der Schleusenkammer auf und bringt es zu einer der max. 24 PECVD-Beschichtungskammern, die mit planaren, parallel angeordneten und bei 13,56 Megahertz betriebenen Parallelplattenelektroden ausgesstattet sind. Die meisten PECVD-Beschichtungskammern werden dazu benutzt, reines amorphes oder mikrokristallines Silizium abzuscheiden; einige wenige sind für die Abscheidung von dünnen p- oder n- dotierten Siliziumschichten vorgesehen, wobei den Prozessen entweder Bor- oder Phosphorverbindungen zugesetzt werden.
Das grundlegende Design des PECVD-Reaktors und der Prozessparameter sind im Institut für Photovoltaik im Forschungszentrum Jülich entwickelt worden, LEYBOLD OPTICS hat jedoch die entsprechende Lizenz erworben. Jedes Glassubstrat durchläuft drei Beschichtungsstufen in verschiedenen Beschichtungskammern, wenn es sich um einfache a-Si-Zellen handelt, und sechs Stufen, wenn es sich um Tandemzellen handelt. Während der gesamten Prozesse werden alle Glassubstrate in den Beschichtungskammern und auf den Transportrobotern auf einem gleichbleibenden, ausgewogenen Temperaturniveau gehalten. Der Roboter bewegt sich in einem unter Vakuum gehaltenen Verbindungstunnel, der senkrecht zu den parallel angeordneten Beschichtungskammern verläuft.
Nach dem Beschichtungsprozess werden die Glassubstrate zu der zweiten Schleuse am anderen Ende des Tunnels transportiert, wo sie abschließend nach einem aktiven Substratkühlungsprozess aus dem Vakuum geschleust werden. PHOEBUS kann seine PECVD Prozesskammern durch Plasmaätzen mit einem fluorhaltigen Gas selbst reinigen, was hohe Wartungskosten vermeidet, die mit dem Austausch mechanischer Teile einhergehen. Dazu können mittels einer hochentwickelten Betriebssoftware einzelne PECVD Prozesskammern aus dem Produktionsprozess ausgekoppelt werden, während der restliche Produktionsprozess weiterläuft.
