Fotolithografie-vrije a-Si:H patterneringstechnieken voor silicium heterojunctie zonnecellen met alternerende achterzijde contacten

De kost van de grondstof silicium vertegenwoordigt vandaag ongeveer 61% van de kosten van een zonnecel, en 30% tot 40% van de totale kost van een kristallijn silicium module. Om het verbruik van silicium te verminderen, heeft Imec het i2 module concept voorgesteld, waarmee grootschalige fabricage op module-niveau zou mogelijk worden van interdigitated back-contacted (IBC) zonnecellen op 40um dikke silicium folies vastgehecht op glas. Het glas voorziet een mechanische ondersteuning aan de dunne folie, en vermindert daarmee in belangrijke mate beschadiging van de folie gedurende het fabricageproces. De keuze voor een IBC zonnecel laat toe om juncties en contacten na vasthechting te voorzien. Een aantal voorwaarden wordt opgelegd aan het proces voor de achterzijde van de zonnecel, voornamelijk ten gevolge van de aanhechting. Om die reden werd gekozen voor een a-Si:H/c-Si heterojunctie (SHJ) proces, welk het toelaat de temperatuur tijdens het proces laag te houden.

            Echter, de keuze voor een IBC zonnecel vergroot de complexiteit vanwege de noodzaak om een afwisselende structuur te voorzien van n-type (back surface field, BSF) en p-type (emitter) a-Si:H strips. Fotolithografie wordt algemeen gebruikt om structuren te definiëren op experimentele basis, maar het is een dure techniek en daarom niet aantrekkelijk voor productie op grote schaal. Daarom richt mijn doktoraatsonderzoek zich op de ontwikkeling van eenvoudige technieken om BSF/emitter gebieden te definiëren en om lithografie te vervangen.

De fabricage van SHJ-IBC zonnecellen werd opgedeeld in drie generaties. In de eerste generatie wordt een lift-off proces gebruikt in laats van lithografie om de emitter te definiëren. In de tweede generatie wordt laser ablatie gebruikt ter vervanging van lithografie voor BSF definitie. Op deze manier wordt definitie van BSF/emitter gebieden zonder lithografie mogelijk gemaakt. In de derde generatie wordt gebruik gemaakt van selectieve depositie van a-Si:H om het lift-off proces te vervangen. Verschillende factoren moeten in beschouwing genomen worden  bij de ontwikkeling van deze technieken. Ten eerste, de technieken moeten geen nadelige invloed hebben op de kwaliteit van de passivatie door a-Si:H, of op het transport van ladingsdragers. Ten tweede moeten de technieken compatibel zijn met de materialen waarmee de folies op het glas worden vastgehecht.