Aluminum-based PVD rear-side metallization for front-junction nPERT silicon solar cells

Katkhouda, Kamal GND

Aluminum-based physical vapor deposition metallization for the rear side of front-junction nPERT silicon solar cells is presented. Single-layer Al metallization is compared with Al-Si (1 at% Si) alloy and multi-layer Al-based metallization in terms of Al-spiking, specific contact resistance and back-side reflection. Al-spiking is observed when a single-layer Al metallization is used. Using an Al-Si alloy metallization, Al-spiking is avoided, however, resulting in a strong Si-precipitation. A novel approach consisting of a multi-layer Al-Si/Al stack instead of single-layer Al or Al-Si alloy metallization is developed. Optimizing the thickness of the Al-Si layer in the Al-Si/Al stack significantly decreases Si-precipitation and suppresses the Al-spiking at the same time. In addition, the optimized Al-Si/Al stack showed sufficiently low specific contact resistance and high back-side reflection and this even with a significantly higher thermal stability than the single-layer Al metallization.

Diese Arbeit befasst sich mit Al-basierter physikalischer Gasphasenabscheidung als alternatives Herstellungsverfahren einer Rückseitenmetallisierung für nPERT Siliziumsolarzellen. Al-basierte Metallisierungssysteme wie Al, Al-Si-Legierung (1 at% Si) und Al-Si/Al-Schichtstapel wurden in Bezug auf Al-Spiking, spezifischem Kontaktwiderstand und Rückseitenreflexion untersucht und verglichen. Bei Verwendung einer Al-Einzelschichtmetallisierung kam es zur Bildung von Al-Spikes. Wurde eine Al-Si-Legierung aufgebracht, konnte das Al-Spiking vermieden werden, jedoch gleichzeitig mit einer Bildung von starkausgeprägten Si-Präzipitaten. Deswegen wurde ein neuer Ansatz mit einem Al-Si/Al-Schichtstapel statt Einzelschichtsystemen entwickelt. Mit diesem Ansatz und mit einer optimierten Dicke der Al-Si-Schicht konnten sowohl das Al-Spiking als auch die Si-Präzipitation deutlich reduziert werden. Der optimierte Al-Si/Al-Schichtstapel zeigte zusätzlich einen ausreichend niedrigen spezifischen Kontaktwidestand und eine hohe Rückseitenreflexion und darüber hinaus eine deutlich höhere thermische Stabilität verglichen mit dem Al-Einzelschichtmetallisierung.

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Katkhouda, Kamal: Aluminum-based PVD rear-side metallization for front-junction nPERT silicon solar cells. Ilmenau 2015. Universitätsverlag Ilmenau.

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