Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Der derzeitige globale Photovoltaikmarkt wird weitgehend von kristallinen Siliziumtechnologien dominiert. Die nächste Verbesserung für Massenprodukte wird wahrscheinlich die Integration von "passivierenden Kontakten" sein. Die Bildung solcher Kontakte, die aus dünnen Schichten polykristallinen Siliziums bestehen, beruhte bisher auf komplexen und langsamen Abscheidungsmethoden. Sputtern scheint eine vielversprechende Alternative zu sein, dank des Potenzials für hohe Durchsatzraten und eines einfachen Verfahrens auf kostengünstigen Maschinen. Ziel dieses Projekts ist es, solche Prozesse auf einer produktionsnahen Pilotmaschine für die Herstellung großflächiger Solarzellen und hocheffizienter Module mit Passivierungskontakten zu entwickeln. Am Ende des Projekts wird das CSEM eine kleine Pilotanlage errichtet haben, ein einzigartiges Werkzeug, um die Vorteile dieser Technologie hervorzuheben, die für Schweizer Anlagenhersteller ein entscheidender Vorteil auf einem hart umkämpften Markt sein könnte.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Today's global photovoltaic market is largely dominated by crystalline silicon technologies. The next improvement for mass-market products will undoubtedly be the integration of "passivating contacts". The formation of such contacts, made from thin layers of polycrystalline silicon, has until now relied on complex and slow deposition methods. Sputtering appears to be a promising alternative, thanks to its high throughput potential and simple process on low-cost machines. The aim of this project is to develop such processes on a pilot machine close to production, for the manufacture of large-area solar cells and high-efficiency modules with passivating contacts. By the end of the project, the CSEM will have established a small pilot line, a unique tool for showcasing the advantages of this technology, which could be a key asset for Swiss equipment manufacturers in a highly competitive market.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Le marché global actuel du photovoltaïque est largement dominé par les technologies du silicium cristallin. La prochaine amélioration pour les produits de masse sera sans doute l'intégration de "contacts passivants". La formation de tels contacts, faits de couches minces de silicium polycristallin, a reposé jusqu'à maintenant sur des méthodes de dépôts complexes et lentes. La pulvérisation cathodique apparaît comme une alternative prometteuse, grâce à un potentiel de haut débit et à un processus simple sur des machines à bas coûts. Ce projet a pour but de développer de tels processus sur une machine pilote proche de la production, pour la fabrication de cellules solaires de grande surface et de modules à haut rendement avec contacts passivants. A la fin du projet, le CSEM aura établi une petite ligne pilote, outil unique pour mettre en valeur les avantages de cette technologie qui pourrait constituer un atout clé pour des fabricants d'équipements suisses sur un marché très compétitif.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der derzeitige Weltmarkt für Photovoltaik wird weitgehend von kristallinen Siliziumtechnologien beherrscht. Unter ihnen ist die PERC-Technologie zum neuen Standard für Mainstream-Produkte geworden. Die nächste offensichtliche technologische Verbesserung wird in der Einführung so genannter "passivierender Kontakte" bestehen. Für die Herstellung solcher Kontakte aus dünnen Poly-Si-Schichten waren bisher relativ komplexe und langsame Abscheidungsprozesse (LPCVD oder PECVD) erforderlich. In diesem Zusammenhang erscheint das Sputtern als eine sehr interessante Alternative, da es einen hohen Durchsatz und eine einfache Verarbeitung auf Maschinen mit geringen Investitionskosten ermöglicht. Nach der erfolgreichen Demonstration dieses Konzepts an Geräten im Labormaßstab zielte das DELAPS-Projekt auf die Entwicklung von Sputterprozessen auf einer produktionsnahen Pilotanlage für die Herstellung industrieller großflächiger Hocheffizienz-Solarzellen mit einseitig passivierenden Kontakten ab.
Die wichtigste Errungenschaft des Projekts ist die Installation und Inbetriebnahme eines neuen Magnetrons mit einem rotierenden Si-Target, das speziell für Hochtemperatur-Passivierungskontaktanwendungen an der bestehenden Inline-Sputteranlage am CSEM vorgesehen ist. Zusätzlich zu den intrinsischen Si-Schichten können durch die Möglichkeit, Phosphin in das Prozessgas zu geben, auch n-dotierte Schichten in-situ abgeschieden werden, was für die Herstellung von Solarzellen von großem praktschen Interesse ist. Bestehende Sputterprozesse, die auf einer kleinen F&E-Anlage entwickelt wurden, wurden dann auf die industrielle Anlage übertragen und hochskaliert, um n-Typ-Poly-Si-Schichten mit vielversprechenden Passivierungs- und Kontakteigenschaften zu erzeugen. Auf der Grundlage der während der Entwicklung dieser Prozesse gesammelten Daten wurde das hohe Durchsatzpotenzial des Sputterns im Zusammenhang mit der Herstellung von Solarzellen mit passivierenden Kontakten bestätigt. Daher könnte der Einsatz des Sputterns anstelle konventioneller Abscheidungsmethoden zu erheblichen Vereinfachungen der bestehenden industriellen Zellprozessabläufe führen.
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Schlussbericht
(Englisch)
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The current global photovoltaics market is largely dominated by crystalline silicon technologies. Among them, the PERC technology has become the new standard for mainstream products. The next obvious technology upgrade will consist in implementing socalled "passivating contacts". The formation of such contacts, made of poly-Si thin layers, has relied so far on relatively complex and slow deposition processes (LPCVD or PECVD). In this context, sputtering appears as a very interesting alternative, thanks to its high throughput potential and simple processing based on machines with low CAPEX. After successful demonstrations of this concept on labscale devices, the DELAPS project aimed at the development of sputtering processes on an inline close-to-production pilot tool, for the fabrication of industrial largearea highefficiency solar cells featuring passivating contacts on one side.
The main achievement of the project is the installation and commissioning of a new magnetron equipped with a rotary Si target specifically dedicated to high-temperature passivating contact applications on the existing inline sputtering tool at CSEM. In addition to intrinsic Si layers, the possibility to add phosphine in the processing gas permits to deposit in-situ n-type doped layers as well, which is of high practical interest for solar cell fabrication. Existing sputtering processes developed on a smallsize R&D tool have then been transferred and upscaled in the industrial tool, yielding n-type poly-Si layers with promising passivation and contacting properties. Based on actual data gathered during the development of these processes, the high throughput potential of sputtering in the context of the fabrication of solar cells featuring passivating contacts has been confirmed. Therefore, the implementation of sputtering instead of conventional deposition methods could lead to significant simplifications of the existing industrial cell process flows.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Le marché global actuel du photovoltaïque est largement dominé par les technologies du silicium cris-tallin. Parmi elles, la technologie PERC est devenue la nouvelle norme pour les produits de masse. La prochaine amélioration technologique consistera sans doute en l'intégration de "contacts passivants". La formation de tels contacts, faits de couches minces de silicium polycristallin, a reposé jusqu'à main-tenant sur des méthodes de dépôts relativement complexes et lentes (LPCVD ou PECVD). Dans ce contexte, la pulvérisation cathodique apparaît comme une alternative prometteuse, grâce à un potentiel de production élevé et à un processus simple sur des machines à bas coûts. Après démonstrations réussies de ce concept sur des dispositifs de taille "laboratoire", le projet DELAPS a eu pour but de développer de tels processus de pulvérisation cathodique sur une machine pilote en-ligne proche de la production, pour la fabrication de cellules solaires industrielles de grande surface et à haut rendement avec contacts passivants sur une face.
La principale réalisation du projet est l'installation et la mise en service d'un nouveau magnétron équipé d'une cible de silicium rotative spécifiquement dédié aux applications de contacts passivants à haute température sur la machine de pulvérisation cathodique en-ligne existante au CSEM. Outre les couches de silicium intrinsèques, la possibilité d'ajouter de la phosphine dans le gaz de pulvérisation permet également de déposer des couches dopées in situ de type n, ce qui présente un grand intérêt pratique pour la fabrication de cellules solaires. Les procédés de pulvérisation existants développés sur un outil de R&D de petite taille ont ensuite été transférés et mis à l'échelle dans la machine industrielle, avec pour résultat des couches de silicium polycristallin de type n aux propriétés de passivation et de contact prometteuses. Sur la base des données réelles recueillies au cours du développement de ces procédés, le potentiel de production élevé de la pulvérisation cathodique dans le contexte de la fabrication de cellules solaires à contacts passivants a été confirmé. Par conséquent, l’implémentation de la pulvéri-sation cathodique à la place des méthodes de dépôt conventionnelles pourrait conduire à des simplifi-cations significatives des flux de processus industriels existants pour la fabrication de cellules.
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