Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung industriell umsetzbarer transparenter leitfähiger Oxide (TCO) ab, um die Kosten für hocheffiziente Silizium-Solarzellen mit vollflächig passivierten Kontakten zu senken, die in Reinraum- und Vorproduktionsumgebungen Wirkungsgrade von über 25 % aufweisen. Während sich Forschung und Industrie derzeit auf dünne Siliziumschichten konzentrieren, die entweder aus amorphem (a-Si) oder aus Siliziumoxid (SiOx)/polykristallinem Silizium (pc-Si) bestehen und im Temperaturbereich von 200°C bis 900°C hergestellt werden, wird sich das CUSTCO-Konsortium mit den bedeutenden Auswirkungen der TCO auf die Kosten und die Leistungsverbesserung solcher Bauelemente und damit auf den Erfolg ihrer industriellen Nutzung befassen. Während der Schwerpunkt auf den TCOs liegt, werden auch die Silizium-Dünnschichten behandelt, da die gesamten Kontakteigenschaften und damit die Leistung und Stabilität der Geräte durch das enge Zusammenspiel zwischen beiden bestimmt werden. TCO-Materialien, die bereits in großem Umfang für Dünnschicht-Solarzellen, Displays oder Sensoren verwendet werden, werden auf ihre Anwendbarkeit für solche Solarzellen auf Silizium-Wafer-Basis getestet, und neue Materialien werden erforscht oder angepasst. Während der typische Ansatz darin besteht, die TCO für ein bestimmtes Siliziumkontaktsystem zu optimieren, werden wir uns zunächst auf eine ganzheitlichere Bewertung der TCO konzentrieren und dann die geeigneten siliziumbasierten Kontakte für die Bauelementintegration auswählen. Die Anwendung der entwickelten a-Si oder SiOx/pc-Si basierten Kontakte wird ein breites TCO-Prozessfenster ermöglichen, um das bisher unerforschte Potenzial dieser Materialien zu nutzen. Materialverbesserungen durch Hydrierung des TCO werden ebenfalls untersucht, mit dem Endziel, ein kosteneffizientes, hochskalierbares und stabiles TCO für eine hocheffiziente (>24%) Silizium-Solarzelle zu demonstrieren. Ein wichtiger Aspekt des Projekts ist der Ersatz oder zumindest die drastische Reduzierung von Indium, einem seltenen Element, das derzeit am häufigsten in TCO-Materialien verwendet wird.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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This project targets the development of industrially feasible transparent conductive oxides (TCO) to reduce the cost of high efficiency silicon solar cells using full-area passivated contacts, which have demonstrated efficiencies above 25% in cleanroom and pre-production environment. While research and industry currently focus on silicon thin films, either amorphous (a-Si) or silicon oxide (SiOx)/polycrystalline silicon (pc-Si) fabricated in the range of 200°C to 900°C, respectively, the CUSTCO consortium will address the significant impact of the TCO on the cost and performance improvements of such devices and hence on the success for their industrialization. While the main focus will be on the TCOs, the silicon thin films will also be addressed since the overall contact properties and hence the performance and stability of the devices are defined by the tight interplay between both. TCO materials which are already widely used for thin film solar cells, displays or sensors will be tested for their applicability to such silicon wafer based solar cells and new materials will be explored or adapted. While the typical approach is to optimize the TCO for a given silicon contact system, we will first concentrate on a more holistic evaluation of the TCO and then choose the proper silicon-based contacts for device integration. The application of the developed a-Si or SiOx/pc-Si based contacts will allow for a wide TCO process window to utilize so far unexplored potential of these materials. Material improvements by hydrogenation of the TCO will also be addressed with the final goal to demonstrate a cost efficient, upscalable and stable TCO for a highly efficient (>24%) silicon solar cell. An important aspect of the project will be the substitution or at least a drastic reduction of Indium, which is a rare element but currently the most widely used in TCO materials.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Dieses Projekt zielt auf die Entwicklung industriell umsetzbarer transparenter leitfähiger Oxide (TCO) ab, um die Kosten für hocheffiziente Silizium-Solarzellen mit vollflächig passivierten Kontakten zu senken, die in Reinraum- und Vorproduktionsumgebungen Wirkungsgrade von über 25 % aufweisen. Während sich Forschung und Industrie derzeit auf dünne Siliziumschichten konzentrieren, die entweder aus amorphem (a-Si) oder aus Siliziumoxid (SiOx)/polykristallinem Silizium (pc-Si) bestehen und im Temperaturbereich von 200°C bis 900°C hergestellt werden, wird sich das CUSTCO-Konsortium mit den bedeutenden Auswirkungen der TCO auf die Kosten und die Leistungsverbesserung solcher Bauelemente und damit auf den Erfolg ihrer industriellen Nutzung befassen. Während der Schwerpunkt auf den TCOs liegt, werden auch die Silizium-Dünnschichten behandelt, da die gesamten Kontakteigenschaften und damit die Leistung und Stabilität der Geräte durch das enge Zusammenspiel zwischen beiden bestimmt werden. TCO-Materialien, die bereits in großem Umfang für Dünnschicht-Solarzellen, Displays oder Sensoren verwendet werden, werden auf ihre Anwendbarkeit für solche Solarzellen auf Silizium-Wafer-Basis getestet, und neue Materialien werden erforscht oder angepasst. Während der typische Ansatz darin besteht, die TCO für ein bestimmtes Siliziumkontaktsystem zu optimieren, werden wir uns zunächst auf eine ganzheitlichere Bewertung der TCO konzentrieren und dann die geeigneten siliziumbasierten Kontakte für die Bauelementintegration auswählen. Die Anwendung der entwickelten a-Si oder SiOx/pc-Si basierten Kontakte wird ein breites TCO-Prozessfenster ermöglichen, um das bisher unerforschte Potenzial dieser Materialien zu nutzen. Materialverbesserungen durch Hydrierung des TCO werden ebenfalls untersucht, mit dem Endziel, ein kosteneffizientes, hochskalierbares und stabiles TCO für eine hocheffiziente (>24%) Silizium-Solarzelle zu demonstrieren. Ein wichtiger Aspekt des Projekts ist der Ersatz oder zumindest die drastische Reduzierung von Indium, einem seltenen Element, das derzeit am häufigsten in TCO-Materialien verwendet wird.
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Schlussbericht
(Englisch)
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This project targets the development of industrially feasible transparent conductive oxides (TCO) to reduce the cost of high efficiency silicon solar cells using full-area passivated contacts, which have demonstrated efficiencies above 25% in cleanroom and pre-production environment. While research and industry currently focus on silicon thin films, either amorphous (a-Si) or silicon oxide (SiOx)/polycrystalline silicon (pc-Si) fabricated in the range of 200°C to 900°C, respectively, the CUSTCO consortium will address the significant impact of the TCO on the cost and performance improvements of such devices and hence on the success for their industrialization. While the main focus will be on the TCOs, the silicon thin films will also be addressed since the overall contact properties and hence the performance and stability of the devices are defined by the tight interplay between both. TCO materials which are already widely used for thin film solar cells, displays or sensors will be tested for their applicability to such silicon wafer based solar cells and new materials will be explored or adapted. While the typical approach is to optimize the TCO for a given silicon contact system, we will first concentrate on a more holistic evaluation of the TCO and then choose the proper silicon-based contacts for device integration. The application of the developed a-Si or SiOx/pc-Si based contacts will allow for a wide TCO process window to utilize so far unexplored potential of these materials. Material improvements by hydrogenation of the TCO will also be addressed with the final goal to demonstrate a cost efficient, upscalable and stable TCO for a highly efficient (>24%) silicon solar cell. An important aspect of the project will be the substitution or at least a drastic reduction of Indium, which is a rare element but currently the most widely used in TCO materials.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Ce projet vise le développement d'oxydes conducteurs transparents (TCO) industriellement réalisables pour réduire le coût des cellules solaires au silicium à haut rendement utilisant des contacts passivés sur toute la surface, qui ont démontré des rendements supérieurs à 25 % en salle blanche et en environnement de pré-production. Alors que la recherche et l'industrie se concentrent actuellement sur les couches minces de silicium, qu'il s'agisse de silicium amorphe (a-Si) ou d'oxyde de silicium (SiOx)/silicium polycristallin (pc-Si), fabriquées respectivement entre 200°C et 900°C, le consortium CUSTCO se penchera sur l'impact significatif du TCO sur le coût et l'amélioration des performances de ces dispositifs et donc sur le succès de leur industrialisation. Bien que l'accent soit mis sur les TCO, les films minces de silicium seront également abordés, car les propriétés de contact globales, et donc les performances et la stabilité des dispositifs, sont définies par l'interaction étroite entre les deux. Les matériaux TCO qui sont déjà largement utilisés pour les cellules solaires à couche mince, les écrans ou les capteurs seront testés pour leur applicabilité à ces cellules solaires à base de tranches de silicium et de nouveaux matériaux seront explorés ou adaptés. Alors que l'approche typique consiste à optimiser le TCO pour un système de contact en silicium donné, nous nous concentrerons d'abord sur une évaluation plus globale du TCO, puis nous choisirons les contacts en silicium appropriés pour l'intégration du dispositif. L'application des contacts développés à base d'a-Si ou de SiOx/pc-Si permettra une large fenêtre de traitement du TCO afin d'utiliser le potentiel jusqu'ici inexploré de ces matériaux. L'amélioration des matériaux par hydrogénation du TCO sera également abordée, l'objectif final étant de démontrer un TCO rentable, évolutif et stable pour une cellule solaire au silicium à haut rendement (>24 %). Un aspect important du projet sera la substitution ou du moins une réduction drastique de l'Indium, qui est un élément rare mais actuellement le plus utilisé dans les matériaux TCO.
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