EP2368275A2 - Verfahren zur abscheidung von mikrokristallinem silizium auf einem substrat - Google Patents

Verfahren zur abscheidung von mikrokristallinem silizium auf einem substrat

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EP2368275A2
EP2368275A2 EP09801654A EP09801654A EP2368275A2 EP 2368275 A2 EP2368275 A2 EP 2368275A2 EP 09801654 A EP09801654 A EP 09801654A EP 09801654 A EP09801654 A EP 09801654A EP 2368275 A2 EP2368275 A2 EP 2368275A2
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EP
European Patent Office
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plasma
layer
chamber
silicon
microcrystalline
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Withdrawn
Application number
EP09801654A
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English (en)
French (fr)
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Aad Gordijn
Thilo Kilper
Bernd Rech
Sandra Schicho
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Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Publication date
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for depositing microcrystalline silicon on a substrate.
  • Microcrystalline silicon ( ⁇ c-Si. ⁇ ) is a material that is used in particular in solar cells as an absorber material. Today, it is produced in many laboratories by means of the PECVD process (plasma-enhanced chemical vapor deposition) from silicon-containing gas (typically silane) and hydrogen.
  • PECVD process plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • silicon-containing gas typically silane
  • hydrogen typically hydrogen
  • High quality layers of microcrystalline silicon can be deposited in different deposition regimes.
  • the PECVD PECVD
  • the silane / hydrogen mixture is admitted into the plasma chamber and a corresponding amount of gas is pumped while simultaneously burning in the plasma chamber, a plasma which causes the dissociation of silane and hydrogen molecules and thus the generation of precursors for the growing microcrystalline silicon layer ,
  • the hydrogen is needed to influence the layer growth. However, only a small portion of the hydrogen used is incorporated into the produced silicon layer, typically less than 10%. The remaining hydrogen is pumped out.
  • the closed-chamber CVD process (CC-CVD).
  • This investigated process runs cyclically (discontinuously) and essentially comprises two process steps.
  • a small amount of the reactive process gas (silicon-containing gas, z. SiH 4 or a ClVSi ⁇ U mixture) in a ratio of about 25% reactive gas to hydrogen through the chamber.
  • This step serves to refresh the gas atmosphere after a process cycle.
  • the plasma burns at low power (about 10 W), so that an ultra-thin silicon layer is deposited.
  • both the pumping power from the chamber and the gas supply into the chamber are interrupted. By delaying the shutdown of the hydrogen supply, the deposition pressure is increased and the silane concentration is lowered to ⁇ 5%.
  • the plasma now burns at about 60 W.
  • the process gases are gradually decomposed and the deposited layer continues to grow.
  • the layer is etched by H radicals.
  • the etch rate continues to increase due to the increasing proportion of hydrogen in the plasma, until finally a balance between layer growth and etching is achieved.
  • Atoms that are weakly bound are preferentially etched, eventually forming a network with stronger bonds.
  • the entire deposition process takes place as a continuous sequence of these two steps (layer by layer) to the desired layer thickness. It is reported by a crystalline volume fraction of more than 90%. Due to the cyclic change of the process conditions, this process is very expensive. It differs fundamentally from the standard PECVD method, and is not yet suitable for use in industry. So far no solar cell has been realized with this method.
  • VHFGD Static closed chamber procedure
  • VHFGD very high frequency glow dis- charge deposition process
  • the deposition chamber plasma chamber
  • a small silane flow is admitted into the chamber and an appropriate amount of gas is simultaneously pumped out.
  • Deposition takes place at VHF excitation and at low pressure (0.1 mbar).
  • the low silane gas flow ensures that silane depletion occurs.
  • the initial rapid deposition of silicon is due to the increase in dissociated! Hydrogen braked. After about one minute, static conditions with a small ratio of [SiH *] / [H ⁇ ] prevail, allowing for continuous microcrystalline growth.
  • the deposition Since the deposition is started with a pure silane plasma and only added later by the decomposition of the silane hydrogen, the deposited layer has a pronounced amorphous incubation layer ( ⁇ 0.1 nm) as a first layer. This may be the case with the use of such layers in components, in particular in solar cells cause a significant impairment of the function. Thus, in solar cells whose absorber layer was produced by this method, only an efficiency of 2.5% could be achieved.
  • DE 103 08 381 A1 discloses a method for depositing microcrystalline silicon for the absorber layer, which likewise has low hydrogen consumption. For this purpose, a lot of hydrogen is started, and after the plasma start the hydrogen supply is radically reduced. In contrast to methods 1 and 2, however, it is possible with this method to achieve significantly higher solar cell efficiencies of up to 7%.
  • the quantities produced per unit time are an important criterion.
  • the thickness of the solar cell is a criterion.
  • a layer thickness of> 1 ⁇ m has become established as the optimized solar cell for the ⁇ c-Si: H absorber layer.
  • This provides single solar cells with an efficiency greater than or equal to 8% when using a ZnO / Ag back contact.
  • a back contact the side facing away from the light is called.
  • a front contact the light-facing side is called.
  • the object of the invention is to provide a rapid method for the deposition of microcrystalline silicon on a substrate, which nevertheless leads to high efficiencies of the solar cells.
  • the method for depositing microcrystalline silicon on a substrate in a plasma chamber system comprises the steps of:
  • the plasma chamber system Before the start of the plasma, the plasma chamber system has a reactive, silicon-containing gas and hydrogen or exclusively hydrogen, the plasma is started, the chamber system is continuously fed exclusively reactive, silicon-containing gas after the plasma start or the chamber system is after the plasma continuously adding a mixture comprising a reactive silicon-containing gas and hydrogen, wherein the concentration of reactive, silicon-containing gas is set greater than 0.5% upon delivery to the chamber, and
  • the plasma power is set between 0.1 and 2.5 W / cm 2 electrode surface, and a deposition rate of greater than 0.5 nm / s is selected and a microcrystalline layer is deposited on the substrate, which has a thickness of 1000 nm does not exceed.
  • the reason for this is that optimum ⁇ c-Si: H absorber layer properties are not achieved by a high crystalline content, but that materials in the transition region with amorphous and crystalline fractions show the best properties.
  • the cause of these favorable properties is considered to be an optimal interfacial passivation of the silicon crystallites by amorphous silicon.
  • the process gases silicon-containing gas and hydrogen
  • the plasma start inert gases such as argon
  • the method according to the invention advantageously has the features which are particularly advantageous for mass production of solar cells on an industrial scale.
  • This is the deposition of a comparatively thin ⁇ c-Si: H absorber layer with simultaneously high deposition rate. It is irrelevant whether the microcrystalline absorber layer is deposited for a single cell or for a stacked solar cell. Only the measure of increasing the deposition rate in thin microcrystalline absorber layers solves the object of the invention, regardless of the substrate selected and the associated structure of the solar cell.
  • plasma chamber system includes all common plasma chambers for the deposition of solar cells.
  • the method can therefore basically be used for single chambers as well as for combined plasma chamber systems of several single chambers.
  • the plasma chamber system can, for example, be a single chamber for the production of intrinsic a-Si: H and ⁇ c-Si: H absorber layers (i-chamber), a further single chamber for the production of p- or n-doped a-Si: H and ⁇ c Si: H layers (doping chamber) and a loading chamber for the insertion and removal of substrates include.
  • H absorber layers having a layer thickness of less than 1000 nm no appreciable loss of efficiency due to a deposition rate increase takes place any more. All combinations of intermediate values for the deposition rate and the layer thickness are allowed.
  • a deposition rate increase for example from 1 to 2.5 nm / s, leads to a significant loss of efficiency.
  • the deposition rate can be selected up to 5 nm / s depending on the plasma power or generator power.
  • a boron-containing (for example trimethylboron B (CH 3 ) 3 ) or phosphorus-containing gas (for example phosphine PH 3 ) can additionally be mixed with the process gas mixture comprising silicon-containing gas and H 2 .
  • the i-chamber and the doping chamber are preferably separated from one another via a lock gate.
  • the i-chamber may include one or more different high-frequency electrodes, which may have a "showerhead" design for homogeneous gas injection, and whose electrode surface may be vertically or horizontally aligned.
  • the substrate to be coated may be moved to the electrode by means of a transport system Once the substrate has reached its final position, a heater system ensures that the substrate is heated to the desired substrate temperature before deposition begins, for example, the distance between the radio frequency electrode and the substrate can be set between 5 and 25 mm ,
  • deposition rate is defined as the thickness of the deposited absorber layer per unit time.
  • the deposition rate increases in principle with the increase in plasma power or generator power.
  • a plasma excitation frequency of 13.56 to about 100 MHz with an electrode spacing of 5 to 25 millimeters, preferably 10 to 25 millimeters can be selected.
  • the deposition pressure in the plasma chamber is preferably set between 1 and 25 mbar in the plasma chamber or in the plasma chambers.
  • An increase in the deposition pressure leads, with otherwise constant process parameters, to a lower crystalline volume fraction of the growing layer.
  • the method may be conducted, so in a further, particularly advantageous embodiment of the invention is that the base pressure "is 6 mbar or even more, that is to say z. B. 10 '5 mbar or z. B. 10" in the plasma chamber system at least 10 4 mbar. All Intermediate values are possible.
  • the base pressure is the prevailing pressure in the plasma chamber or in the plasma chamber system in the evacuated state prior to the introduction of the process gases and depends inter alia on the design of the chamber and the purity of the gases used.
  • the plasma chamber or the plasma chamber system of a small laboratory plant has a base pressure of about 10 -8 mbar, which is due to the high levels of purity under which the prior art processes must be operated in order to achieve the desired high levels
  • the realization has become established that the oxygen content in ⁇ c-Si: H absorber layers should not exceed a certain limit, otherwise the achievable efficiency of both ⁇ c-Si: H based single solar cells and a-Si H / ⁇ c-Si: H-based stacked solar cells experienced significant and undesirable losses in efficiency
  • the oxygen content in the ⁇ c-Si: H absorber layer always remained below an allowable limit to achieve high cell efficiencies, this limit
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer contains about 2 ⁇ 10 19 / cm 3 oxygen atoms and standard layer thicknesses of> 1000 nm for the ⁇ c-Si: H absorber layer. This was associated with high plant costs
  • the achievable cell efficiency possibly slightly decreases, but this disadvantage in addition to the shorter production time due to the layer thickness reduction and possibly lower claims on the purity of the process (the gases) and the cells produced in relation to the Oxygen content is overcompensated, and that in this case, the solar cell production time due to an increase in the deposition rate of the ⁇ c-Si: H absorber layer can be significantly reduced again without additional loss of efficiency.
  • the production can thus be carried out with significantly lower requirements for the process purity, which brings significant cost advantages, namely lower system costs and lower process gas costs.
  • thinner a-Si: H / ⁇ c-Si: H based stacked solar cells degrade less.
  • the difference in the stabilized efficiency against a-Si: H / ⁇ c-Si: H based stacked solar cells having the standard total layer thickness becomes smaller than that at the initial efficiency.
  • the method can be carried out in a further embodiment of the invention so as to regulate the flows of the gases supplied to the chamber and derived from the chamber or gas mixtures such that forms a constant deposition pressure during the process.
  • a deposition rate between about 1.0 to 2.5 nm / s can be selected and a microcrystalline layer with a thickness of 200 to 800 nm, in particular from 400 to 600 nm, can be deposited.
  • ⁇ c-Si H single solar cells with an efficiency of about 7-8% can also be regularly realized with the mentioned method for all combinations of intermediate values.
  • the chamber can be fed continuously only with reactive, silicon-containing gas in a volume flow of 0.5 sccm to 20 sccm / 100 cm 2 coating area, in particular from 0.5 sccm to 10 sccm / 100 cm 2 coating area , This applies z.
  • the chamber or the chamber system before starting the plasma start has hydrogen without silicon-containing gas.
  • the gas mixture present in the chamber can be at least partially diverted from the chamber. Inert gases may be added to this process.
  • the method for depositing the microcrystalline silicon can be used in particular for the production of stacked solar cells.
  • the solar cell in the case of a tandem configuration has a nipnip configuration in its finished state.
  • As a metal ZnO layer or a metal-Sn ⁇ 2 layer or another TCO layer can be selected.
  • Single cells are manufactured without the corresponding a-Si: H content.
  • a glass-TCO-a-Si. ⁇ -layer system plus a microcrystalline p-layer deposited thereon can also be selected as the substrate, for example. It is also possible to choose a metal-TCO-a-Si. ⁇ -layer system plus a microcrystalline p-layer deposited thereon.
  • the solar cell has a pin-pin configuration in its finished state in these cases. For single cells, substrates without the corresponding a-Si: H content are selected. Of course, other substrates for the production of Stacked solar cells are used.
  • the solar cells produced by this method thus have at least one n-i-p structure or one p-i-n structure, wherein the absorber layer is microcrystalline.
  • ⁇ c-Si: H single solar cells which are produced with this inventive method at a particularly advantageous deposition rate of 2.5 nm / s, an efficiency of about 7-8%. They are characterized in that the ⁇ c-Si: H absorber layer has a thickness of less than 1000 nanometers.
  • Single solar cells have an efficiency of 7-8% despite high deposition rates and low layer thicknesses. In stacked solar cells correspondingly higher efficiencies can be achieved.
  • the solar cells produced by this method can have more than 2 * 10 19 to about 1 * 10 21 cm "3 oxygen atoms in the microcrystalline absorber layer.
  • An a-Si: H / ⁇ c-Si: H-based stacked solar cell particularly advantageously has a total layer thickness of all absorber layers of less than 1000 nanometers.
  • the microcrystalline absorber layer preferably has an oxygen content of more than 2 ⁇ 10 19, in particular up to 10 21 oxygen atoms / cm 3, preferably with respect to the production costs per watt of peak solar module nominal power.
  • the substrate used was a glass TCO layer system (TCO), plus a microcrystalline p layer deposited thereon.
  • TCO glass TCO layer system
  • the glass has a thickness of about 1 millimeter
  • the TCO layer has a thickness of about 500 nanometers
  • the p-layer has a thickness of about 10 nanometers.
  • a plasma chamber system was selected in which the doped p- and n-layer and the undoped absorber layer were deposited in different chambers.
  • the named substrate is first positioned parallel to the showerhead high-frequency electrode with an electrode spacing of 10 mm and heated in vacuo to a substrate temperature of 200 ° C.
  • the base pressure is in this case 10 "7 mbar.
  • the plasma chamber can be coated up to a size of 30x30 cm 2 in the substrates, continuously with a hydrogen flow rate of 4000 sccm (corresponding 444.4 sccm per 100 cm 2 to be coated substrate surface) and a silane flux of 57 sscm at 1 nm / s deposition rate (this corresponds to 6.3 sccm per 100 cm 2 of substrate surface to be coated) and 102 sccm of silane flow at 2.5 nm / s deposition rate (this corresponds to 11.3 sccm each 100 cm 2 of substrate surface to be coated) flooded while the plasma chamber pressure continuously during the entire deposition process to 9.3 mbar regulated.
  • a hydrogen flow rate 4000 sccm (corresponding 444.4 sccm per 100 cm 2 to be coated substrate surface) and a silane flux of 57 sscm at 1 nm / s deposition rate (this corresponds to 6.3 sccm per 100 cm 2 of substrate surface to
  • the gas mixture present in the chamber is completely discharged from the chamber. In this case, a constant deposition pressure is formed.
  • a plasma is ignited between the substrate and the showerhead RF electrode and then regulated to a specific generator power.
  • the plasma excitation frequency is 40.68 MHz.
  • the generator power must be set to a value of 800 W (corresponds to 0.6 W / cm 2 electrode area).
  • a generator power of 1800 W (corresponding to 1.3 W / cm 2 electrode area) must be set.
  • ⁇ c-Si H absorber layer deposition
  • all specified process parameters remain unchanged.
  • the deposition time required results from the desired ⁇ c-Si: H absorber layer thickness and the ⁇ c-Si: H deposition rate associated with the respective production process.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer deposition ends when the generator is switched off after the set deposition time has elapsed.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer is deposited close to the ⁇ c-Si: H / a-Si: H transition and therefore optimized with respect to the layer properties.
  • ⁇ c-Si: H absorber layer produced by this process, an n-doped layer was deposited to produce a ⁇ c-Si: H single solar cell. This has a thickness of about 20 nanometers.
  • the back contact was made of ZnO / Ag (80 nanometers ZnO and 700 nanometers Ag).
  • the cell efficiency of this single cell reached the following values:
  • Second exemplary embodiment Production of a ⁇ c-Si: H absorber layer on a substrate at additionally high base pressure
  • the substrate used was a glass TCO layer system (TCO), plus a microcrystalline p layer deposited thereon.
  • TCO glass TCO layer system
  • the glass has a thickness of about 1 millimeter
  • the TCO layer has a thickness of about 500 nanometers
  • the p-layer has a thickness of about 10 nanometers.
  • a plasma chamber system was chosen in which the doped p- and n-layer and the undoped absorber layer were deposited in different chambers.
  • the plasma chamber In the evacuated state, the plasma chamber has a base pressure of approximately 10 -8 mbar
  • a base pressure of approximately 10 -8 mbar
  • an artificial air leak is attached to the chamber, the strength of which is controlled by a needle valve can be adjusted.
  • the base pressure in the plasma chamber also increases. The base pressure acts as a measure of the strength of the air leak and thus the built-in amount of oxygen.
  • the substrate is first positioned parallel to the showerhead RF electrode with an electrode spacing of 10 mm and heated in vacuum to a substrate temperature of 200 ° C. Thereafter, the plasma chamber, in which substrates can be coated to a size of 10x10 cm 2 , is continuously flooded with a hydrogen flux of 360 sccm and a silane flow of 5.0 sccm (about 1.4% silane concentration) and the plasma chamber pressure at 13 , 3 mbar regulated.
  • the gas mixture present in the chamber is completely discharged from the chamber. In turn, a constant deposition pressure is formed.
  • the process gases are admitted through the showerhead high-frequency electrode into the process chamber.
  • a plasma is ignited between the substrate and the showerhead RF electrode and then regulated to a generator power of about 60 W (corresponding to about 0.4 W / cm 2 electrode area), so that a ⁇ c-Si: H deposition rate of 0.7 nm / s is achieved.
  • the plasma excitation frequency is 13.56 MHz.
  • ⁇ c-Si H absorber layer deposition
  • all specified process parameters remain unchanged.
  • the required deposition time results from the desired ⁇ c-Si: H absorber layer thickness and the ⁇ c-Si: H deposition rate associated with the manufacturing process.
  • the deposition of the ⁇ c-Si: H absorber layer ends when the generator is switched off after the set deposition time has elapsed.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer is deposited close to the ⁇ c-Si: H / a-Si: H transition and therefore optimized with respect to the layer properties.
  • ⁇ c-Si. ⁇ absorber layer On the ⁇ c-Si. ⁇ absorber layer produced by this process, an n-doped layer was deposited to produce a ⁇ c-Si: H single solar cell. This has a thickness of about 20 nanometers. The back contact was made of Ag (700 nanometers). Depending on the base pressure set in the plasma chamber via the needle valve and the ⁇ c-Si: H absorber layer thickness, the cell efficiency reached the following values:
  • Example 3 compared to Example 1 and Example 2 has a good 100 nanometers lower absorber layer thickness, which at this absorber layer thickness level is responsible for the loss of efficiency of 1, 6%.
  • Example 3 in Table 2 has, with a comparable to the first embodiment, a thick absorber layer of 530 nanometers and with a back contact made of ZnO / Ag corresponding to an efficiency of about 7%.
  • a-Si: H amorphous
  • ⁇ c-Si: H microcrystalline
  • the total thickness of the active layers is essentially influenced by the thickness of the ⁇ c-Si: H absorber layers.
  • An example of a-Si: H / ⁇ c-Si: H-based stacked solar cells are a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cells, which consist of exactly one a-Si. ⁇ top cell and one ⁇ c-Si: H bottom cell.
  • the top cell is the cell into which the light first enters.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer contributes about 75% of the total thickness of the active layer of an a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cell.
  • the ⁇ c-Si: H bottom absorber layer with a thickness of 1000-3000 nanometers has by far the largest single layer thickness, its deposition rate decisively determines the annually achievable output of a production plant ,
  • a glass TCO-a-SiiH top cell layer system (TCO Engl, transparent conductive oxide) plus deposited thereon microcrystalline p-layer.
  • the glass has a thickness of approximately 1 millimeter
  • the TCO layer has a thickness of approximately 500 nanometers
  • the a-Si: H top cell has an adapted thickness of each due to the series connection to the ⁇ c-Si: H bottom cell about 140-390 nanometers up. This means that, depending on the ⁇ c-Si: H absorber layer thickness, the absorber layer thickness of the a-Si: H top cell was adjusted so that both single cells supply the same current.
  • the deposited thereon microcrystalline p-layer has a thickness of about 10 nanometers.
  • the substrate is first positioned parallel to the showerhead RF electrode with an electrode spacing of 10 mm and heated in vacuum to a substrate temperature of 200 ° C.
  • the base pressure is from about 10 -7 mbar.
  • the plasma chamber in which substrates can be coated to a size of 30x30 cm 2 , is continuously flooded with a hydrogen flux of 2700 sccm and silane flow of 24 sccm (0.9% silane concentration) and the plasma chamber pressure at 13.3 mbar regulated.
  • the gas mixture present in the chamber is completely discharged from the chamber. In turn, a constant deposition pressure is formed.
  • the process gases are admitted through the showerhead high-frequency electrode into the process chamber.
  • a plasma is ignited between the substrate and the showerhead high-frequency electrode and then regulated to a generator power of about 500 W (corresponds to about 0.4 W / cm 2 electrode surface), so that a ⁇ c-Si: H deposition rate. te of 0.7 nm / s is achieved.
  • the plasma excitation frequency is 13.56 MHz.
  • the deposition time required results from the desired ⁇ c-Si: H absorber layer thickness and the ⁇ c-Si: H deposition rate associated with the respective production process.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer deposition ends when the generator is switched off Expiration of the set deposition time.
  • the ⁇ c-Si: H absorber layer is deposited close to the ⁇ c-Si: H / a-Si: H transition and therefore optimized with respect to the layer properties.
  • a microcrystalline n-type layer was deposited to produce the a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cell. This has a thickness of about 20 nanometers.
  • the back contact was made of ZnO / Ag (80 nanometers ZnO and 700 nanometers Ag).
  • the a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cell thus has a ⁇ c-Si: H bottom cell on an a-Si: H top cell.
  • the a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cells were then exposed in a degradation experiment for 1000 hours at a cell temperature of 50 ° C to an irradiance of 100 mW / cm 2 in order to determine the stabilized cell efficiency , The following values resulted:
  • the a-Si: H / ⁇ c-Si: H tandem solar cell no. 4 has a total layer thickness of the active semiconductor layers (pinpin without front and back contact) of about 640 nanometers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat in einem Plasmakammersystem mit den Schritten: das Plasmakammersystem weist vor dem Start des Plasmas zumindest ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff oder ausschließlich Wasserstoff auf, das Plasma wird gestartet, dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ausschließlich reaktives, siliziumhaltiges Gas zugeführt oder dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich zumindest ein Gemisch, umfassend ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff zugeführt, wobei die Konzentration an reaktivem, siliziumhaltigen Gas bei der Zufuhr in die Kammer größer als 0,5 % eingestellt wird, und die Plasmaleistung wird zwischen 0,1 und 2,5 W/cm2 Elektrodenfläche eingestellt, es wird eine Abscheidungsrate von größer als 0,5 nm/s gewählt, und die mikrokristalline Schicht mit einer Dicke von weniger als 1000 Nanometer auf dem Substrat abgeschieden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat.
Mikrokristallines Silizium (μc-Si.Η) ist ein Material, welches insbesondere in Solarzellen als Absorbermaterial genutzt wird. Es wird heute in vielen Labors mittels des PECVD-Ver- fahrens (plasma enhanced chemical vapor deposition) aus siliziumhaltigem Gas (typischerweise Silan) und Wasserstoff hergestellt.
Es können in verschiedenen Abscheidungsregimen qualitativ hochwertige Schichten aus mikrokristallinem Silizium abgeschieden werden. Typischerweise wird beim PECVD-
Verfahren das Silan/Wasserstoff-Gemisch in die Plasmakammer eingelassen und eine entsprechende Menge Gas wird abgepumpt, während gleichzeitig in der Plasmakammer ein Plasma brennt, welches die Dissoziation von Silan- und Wasserstoff-Molekülen und damit die Generation von Vorläuferprodukten für die aufwachsende mikrokristalline Siliziumschicht bewirkt. Bei der Abscheidung mit PECVD bei der Standardindustriefrequenz von 13,56 MHz beträgt die Silankonzentration (=Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) typischerweise ca. 1 %, bei Anregungsfrequenzen im VHF-Bereich in der Regel weniger als 10%. Der Wasserstoff wird benötigt um das Schichtwachstum zu beeinflussen. Es wird jedoch nur ein geringer Teil des eingesetzten Wasserstoffs in die hergestellte Siliziumschicht eingebaut, typischerweise weniger als 10 %. Der übrige Wasserstoff wird abgepumpt.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium mittels PECVD bekannt, mit denen sich der Wasserstoffverbrauch, der einen Faktor bei den Solarzellenherstellungskosten darstellt, reduzieren lässt.
1. Das "Closed-chamber CVD Verfahren" (CC-CVD). Dieser untersuchte Prozess verläuft zyklisch (diskontinuierlich) und umfasst im Wesentlichen zwei Prozessschritte. In einem ersten Schritt fließt eine geringe Menge des reaktiven Prozessgases (siliziumhaltiges Gas, z. B. SiH4 oder eine ClVSiΗU-Mischung) in einem Verhältnis von ca. 25 % reaktivem Gas zu Wasserstoff durch die Kammer. Dieser Schritt dient der Auffrischung der Gasatmosphäre nach einem Prozesszyklus. Während dieser Zeit brennt das Plasma bei geringer Leistung (ca. 10 W), so dass eine ultra dünne Siliziumschicht abgeschieden wird. Im nachfolgenden zwei- ten Schritt wird sowohl die Pumpleistung aus der Kammer als auch die Gasversorgung in die Kammer unterbrochen. Durch eine Verzögerung des Abschaltens der Wasserstoffzufuhr wird der Abscheidungsdruck erhöht und die Silankonzentration auf ~5 % erniedrigt. Das Plasma brennt nun bei ca. 60 W weiter. Die Prozessgase werden allmählich zersetzt und die abgeschiedene Schicht wächst weiter. Zur gleichen Zeit tritt ein gegensätzlicher Effekt auf. Die Schicht wird durch H-Radikale geätzt. Die Ätzrate nimmt aufgrund des steigenden Anteils an Wasserstoff im Plasma immer weiter zu, bis schließlich ein Gleichgewicht zwischen Schichtwachstum und Ätzen erreicht ist. Atome, die schwach gebunden sind, werden bevorzugt geätzt, so dass sich schließlich ein Netzwerk mit stärkeren Bindungen ausbildet. Der gesamte Abscheidungsprozess erfolgt als ständige Abfolge dieser beiden Schritte (layer by layer) bis zur gewünschten Schichtdicke. Es wird von einem kristallinen Volumenanteil von mehr als 90 % berichtet. Durch die zyklische Veränderung der Prozessbedingungen ist dieser Prozess jedoch sehr aufwendig. Er unterscheidet sich grundsätzlich von dem standardmäßig eingesetzten PECVD-Verfahren, und ist bislang noch nicht für den Einsatz in der Industrie geeignet. Mit diesem Verfahren konnte bisher auch noch keine Solarzelle realisiert werden.
2. Das "Static closed chamber Verfahren" (VHFGD). Dieses "very high frequency glow dis- charge" (VHFGD) Abscheidungs verfahren ist ein kontinuierlicher Prozess ohne jeglichen Einsatz von Wasserstoff. Die Abscheidungskammer (Plasmakammer) ist nicht vollständig isoliert. Ein geringer Silanfluss wird in die Kammer eingelassen und eine entsprechende Menge Gas wird gleichzeitig abgepumpt. Die Abscheidung erfolgt bei VHF-Anregung und bei niedrigem Druck (0,1 mbar). Bei der Abscheidung von Silizium aus Silan wird Wasserstofffrei. Der geringe Silangasfluss sorgt dafür, dass eine Silanverarmung auftritt. Die anfänglich schnelle Abscheidung des Siliziums wird durch die Zunahme an dissoziierten! Wasserstoff gebremst. Nach ca. einer Minute herrschen statische Bedingungen mit einem kleinen Verhältnis von [SiH*]/[Hα] vor, bei denen ein kontinuierliches mikrokristallines Wachstum ermöglicht wird. Da die Abscheidung mit einem reinen Silanplasma gestartet wird und erst später durch die Zersetzung des Silans Wasserstoff hinzukommt, weist die abgeschiedene Schicht eine ausgeprägte amorphe Inkubationsschicht (~ 0,1 nm) als erste Schicht auf. Das kann bei dem Einsatz solcher Schichten in Bauelementen, insbesondere in Solarzellen, zu einer deutlichen Beeinträchtigung der Funktion fuhren. So konnte bei Solarzellen, deren Absorberschicht mit diesem Verfahren hergestellt wurde, nur ein Wirkungsgrad von 2,5 % erzielt werden.
3. Aus DE 103 08 381 Al ist ein Verfahren zur Abscheidung mikrokristallinen Siliziums für die Absorberschicht bekannt, das ebenfalls einen geringen Wasserstoffverbrauch aufweist. Hierzu wird mit viel Wasserstoff begonnen, und nach dem Plasmastart die Wasserstoffzufuhr radikal gesenkt. Im Gegensatz zu den Verfahren 1. und 2. ist es mit diesem Verfahren jedoch möglich, deutlich höhere Solarzellenwirkungsgrade von bis zu 7 % zu erzielen.
Für die industrielle Anwendbarkeit eines Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen sind neben dem Wasserstoffverbrauch, die produzierten Stückzahlen je Zeiteinheit ein wichtiges Kriterium. Bei einer vorgegebenen Abscheidungsrate in nm/s ist daher die Dicke der Solarzelle ein Kriterium.
Aus Vetterl et al. (O. Vetterl, A. Lambertz, A. Dasgupta, F. Finger, B. Rech, O. Kluth, H. Wagner (2006). Thickness dependence of microcrystalline Silicon solar cell properties. Solar Energy Materials & Solar Cells. 66, 345-351) ist bekannt, dass bei Schichtdicken < 1 μm für die μc-Si:H Absorberschicht (i-Schicht) der erzielbare Wirkungsgrad η von μc-Si:H Einzelsolarzellen als Produkt aus Leerlaufspannung (Voc), Kurzschlussstromdichte (Jsc) und Füllfaktor (FF) deutlich abnimmt. In der Praxis hat sich daher eine Schichtdicke von > 1 μm für die μc-Si:H- Absorberschi cht als optimierte Solarzelle durchgesetzt. Dadurch werden Einzel- Solarzellen mit einem Wirkungsgrad größer oder gleich 8% bei Verwendung eines ZnO/ Ag Rückkontakts bereitgestellt. Als Rückkontakt wird die Licht abgewandte Seite bezeichnet. Als Frontkontakt wird die Licht zugewandte Seite bezeichnet.
Aus Rath (J. K. Rath (2003). Low temperature polycrystalline Silicon: a review on deposition, physical properties and solar cell applications. Solar Energy Materials & Solar Cells 76, 431- 487) ist bekannt, dass der Parameter Abscheidungsrate der μc-Si:H Absorberschicht den Parameter Wirkungsgrad der späteren Zelle ebenfalls negativ beeinflusst. Je höher die Abscheidungsrate für die Absorberschicht gewählt wird, desto niedriger ist der erzielbare Wirkungsgrad der Zelle. Die Anhebung der Abscheidungsrate für die μc-Si:H Absorberschicht, beispielsweise durch eine Erhöhung der Plasmaleistung auf über 0,3 W/cm2 Elektrodenfläche, führt bei einer Anregungsfrequenz des Plasmas von 13,56 MHz somit nachteilig dazu, dass bei μc-Si:H Einzelsolarzellen mit Standardschichtdicken von etwa 1000 bis 2000 Nanometer der erzielbare Zellwirkungsgrad bereits deutlich abnimmt. Selbiges gilt entsprechend für die Stapelsolarzellen, die derartige μc-Si:H Absorberschichten umfassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelles Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat anzugeben, welches dennoch zu hohen Wirkungsgraden der Solarzellen führt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den darauf rückbezogenen Ansprüchen.
Das Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat in einem Plasmakammersystem umfasst die Schritte:
- das Plasmakammersystem weist vor dem Start des Plasmas ein reaktives, siliziumhal- tiges Gas und Wasserstoff oder ausschließlich Wasserstoff auf, das Plasma wird gestartet, dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ausschließlich reakti- ves, siliziumhaltiges Gas zugeführt oder dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ein Gemisch, umfassend ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff zugeführt, wobei die Konzentration an reaktivem, siliziumhaltigem Gas bei der Zufuhr in die Kammer größer als 0,5 % eingestellt wird und
- die Plasmaleistung wird zwischen 0,1 und 2,5 W/cm2 Elektrodenfläche eingestellt, und - es wird eine Abscheidungsrate von größer als 0,5 nm/s gewählt und eine mikrokristalline Schicht auf dem Substrat abgeschieden, welche eine Dicke von 1000 nm nicht überschreitet.
Die Silankonzentration (=Silanfiuss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) wird so eingestellt, dass die Abscheidung der mikrokristallinen Absorberschicht nahe am μc-Si:H/a- Si:H Wachstumsübergang stattfindet. Der Grund hierfür liegt darin, dass optimale μc-Si:H Absorberschichteigenschaften nicht durch einen hohen kristallinen Anteil erreicht werden, sondern dass Materialien im Übergangsbereich mit amorphen und kristallinen Anteilen die besten Eigenschaften zeigen. Als Ursache dieser günstigen Eigenschaften wird eine optimale Grenzflächenpassivierung der Silizium-Kristallite durch amorphes Silizium angesehen. Zur Abscheidung der mikrokristallinen Schicht können den Prozessgasen (siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff) vor und / oder nach dem Plasmastart inerte Gase, wie beispielsweise Argon, beigemischt werden.
Eine Erhöhung der Generatorleistung führt bei sonst gleich bleibenden Prozessparametern zu einem höheren kristallinen Volumenanteil der aufwachsenden Schicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorteilhaft die Merkmale auf, welche für eine Massenproduktion von Solarzellen in großtechnischem Maßstab besonders vorteilhaft sind. Dieses ist die Abscheidung einer vergleichsweise dünnen μc-Si:H Absorberschicht bei gleichzeitig hoher Abscheidungsrate. Es ist unerheblich, ob die mikrokristalline Absorberschicht für eine Einzelzelle oder für eine Stapelsolarzelle abgeschieden wird. Allein die Maßnahme der Erhöhung der Abscheidungsrate bei dünnen mikrokristallinen Absorberschichten löst die Aufgabe der Erfindung unabhängig vom gewählten Substrat und dem damit verbundenen Aufbau der Solarzelle.
Mit dem Begriff Plasmakammersystem sind alle gängigen Plasmakammern zur Abscheidung von Solarzellen umfasst. Das Verfahren kann daher grundsätzlich für Einzelkammern als auch für kombinierte Plasmakammersysteme aus mehreren Einzelkammern angewendet werden.
Das Plasmakammersystem kann beispielsweise eine Einzelkammer für die Herstellung von intrinsischen a-Si:H und μc-Si:H Absorberschichten (i-Kammer), eine weitere Einzelkammer für die Herstellung von p- oder n-dotierten a-Si:H und μc-Si:H Schichten (Dotierkammer) sowie einer Ladekammer zur Ein- und Ausschleusung von Substraten umfassen.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass bei einer Erhöhung der Abscheidungsrate auf größer als 0,5 nm/s und gleichzeitig dünnen μc-Si:H Absorberschichten mit kleiner als 1000 nm Schichtdicke kein nennenswerter Wirkungsgradverlust auf Grund einer Abscheidungsra- tenerhöhung mehr stattfindet. Dabei sind alle Kombinationen an Zwischenwerten für die Abscheidungsrate und die Schichtdicke erlaubt. Im Gegensatz hierzu führt bei den bisher im Stand der Technik bevorzugten dicken mikrokristallinen Absorberschichten mit mehr als 1000 nm Schichtdicke eine Abscheidungsratenerhöhung, beispielsweise von 1 auf 2,5 nm/s, zu einem deutlichen Wirkungsgradverlust. Die Abscheidungsrate kann bis 5 nm/s abhängig von der Plasmaleistung bzw. Generatorleistung gewählt werden.
Zur Herstellung von p- bzw. n-dotierten Siliziumschichten in der Dotierkammer kann dem Prozessgasgemisch aus siliziumhaltigem Gas und H2 zusätzlich ein borhaltiges (beispielswei- se Trimethylbor B(CH3)3) bzw. phosphorhaltiges Gas (beispielsweise Phosphin PH3) beigemischt werden. Um Dotierstoffverschleppungen bei der Herstellung von intrinsischen Siliziumabsorberschichten möglichst zu vermeiden, sind die i-Kammer und die Dotierkammer vorzugsweise über ein Schleusentor voneinander getrennt.
Die i-Kammer kann eine oder mehrere verschiedene Hochfrequenzelektroden beinhalten, die über ein „Showerhead"-Design zur homogenen Gaseinspeisung verfügen können und deren Elektrodenfläche vertikal oder horizontal ausgerichtet sein können. Das zu beschichtende Substrat kann mithilfe eines Transportsystems zu der Elektrode bewegt werden, an der die Siliziumabscheidung stattfinden soll. Hat das Substrat seine Endposition eingenommen, dann sorgt ein Heizersystem dafür, dass das Substrat vor Abscheidungsbeginn auf die gewünschte Substrattemperatur aufgeheizt wird. Der Abstand zwischen der Hochfrequenzelektrode und dem Substrat kann beispielsweise auf Werte zwischen 5 und 25 mm eingestellt werden.
Der Begriff Abscheidungsrate ist dabei definiert als die Dicke der abgeschiedenen Absorberschicht je Zeiteinheit. Die Abscheidungsrate steigt prinzipiell mit der Erhöhung der Plasmaleistung bzw. Generatorleistung.
Es kann vorzugsweise eine Plasmaanregungsfrequenz von 13,56 bis etwa 100 MHz bei einem Elektrodenabstand von 5 bis 25 Millimeter, bevorzugt 10 bis 25 Millimeter gewählt werden.
Bevorzugt wird der Abscheidungsdruck in der Plasmakammer während des Verfahrens zwischen 1 und 25 mbar in der Plasmakammer bzw. in den Plasmakammern eingestellt. Eine Erhöhung des Abscheidungsdrucks führt bei sonst gleich bleibenden Prozessparametern zu einem geringeren kristallinen Volumenanteil der aufwachsenden Schicht.
Das Verfahren kann in einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung derartig ausgeführt werden, dass der Basisdruck in dem Plasmakammersystem mindestens 10"6 mbar oder sogar mehr beträgt, das heißt also z. B. 10'5 mbar oder z. B. 10"4 mbar. Alle Zwischenwerte sind möglich.
Der Basisdruck ist der vorherrschende Druck in der Plasmakammer oder im Plasmakammersystem im evakuierten Zustand vor der Einleitung der Prozessgase und abhängig unter anderem vom Design der Kammer und der Reinheit der verwendeten Gase.
Gemäß des Stands der Technik weist die Plasmakammer oder das Plasmakammersystem einer kleinen Laboranlage einen Basisdruck von etwa 10"8 mbar auf. Dies ist den angesprochenen hohen Reinheitsgraden geschuldet, unter dem die Verfahren gemäß des Standes der Technik betrieben werden müssen, um zu den gewünschten hohen Wirkungsgeraden der Solarzellen zu gelangen. So hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass der Sauerstoffgehalt in μc-Si:H Absorberschichten einen bestimmten Grenzwert keinesfalls überschreiten soll, da ansonsten der erzielbare Wirkungsgrad sowohl von μc-Si:H basierten Einzelsolarzellen als auch von a-Si:H/μc-Si:H basierten Stapelsolarzellen deutliche und unerwünschte Einbußen im Wirkungsgrad erfährt. In Bezug auf die Prozessreinheit war gemäß Stand der Technik entsprechend daher zu gewährleisten, dass der Sauerstoffgehalt in der μc-Si:H Absorberschicht stets unterhalb eines erlaubten Grenzwertes blieb, um hohe Zellwirkungsgrade zu erzielen. Dieser Grenzwert liegt gemäß Stand der Technik bei der μc-Si:H Absorberschicht bei etwa 2*10I9/cm3 Sauerstoffatomen und Standardschichtdicken von > 1000 nm für die μc-Si:H Absorberschicht. Damit verbunden waren in Bezug auf den Prozessreinheitsgrad hohe Anlagenkosten auf Grund der zu verwendenden Pumpensysteme. Die Betriebskosten als solche sind ebenfalls vergleichsweise hoch, da auch der Reinheitsgrad der Prozessgase, im wesentlichen Silan oder siliziumhaltiges Gas im allgemeinen und Wasserstoff hoch gewählt werden mussten.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass besonders vorteilhaft bei hohen Abschei- dungsraten größer 0,5 nra/s und gleichzeitig geringen Schichtdicken kleiner als 1000 nm der abgeschiedenen mikrokristallinen Absorberschicht ein synergistischer Effekt auftritt, in der Weise, dass trotz eines sehr hohen Basisdrucks von bis zu 10'6 mbar, 10"5 mbar oder mehr, lediglich ein nur geringer Wirkungsgradverlust der Zelle auftritt, welcher aus prozesstechnischer Sicht absolut tolerierbar ist. Für das Verfahren kann in Bezug auf diese drei Parameter, Abscheidungsrate > 0,5 nm/s, Schichtdicke < 1000 nm und Basisdruck > 10"6 mbar wiederum jeder Zwischenwert angenommen werden. Es wurde erkannt, dass erfindungsgemäße hohe Abscheidungsraten gegenüber geringen Abscheidungsraten bewirken, dass bei gleichem Basisdruck geringere Sauerstoffmengen in die aufwachsende μc-Si:H Schicht eingebaut werden. Ferner wurde erkannt, dass der tolerierbare Sauerstoffgehalt in μc-Si:H Einzelsolarzellen, bis zu der noch keine Wirkungs- gradverluste auftreten, bei dünnen Absorberschichten höher ist als bei dicken Absorberschichten. Selbiges gilt widerum für alle Formen von Stapelsolarzellen.
Die Konsequenz aus den geschilderten Entdeckungen, das heißt dem Einfluss der Abschei- dungsrate und / oder des Sauerstoffgehalts auf den erzielbaren μc-Si:H Einzelsolarzellenwirkungsgrad in Abhängigkeit der Absorberschichtdicke, besteht darin, dass sich das Pro- duktionskostenoptimum bei Dünnschichtsolarmodulen, die μc-Si:H Absorberschichten beinhalten, zu deutlich geringeren Gesamtschichtdicken verschiebt. Dies gilt auch für Stapelsolarzellen.
Es wurde erkannt, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dann der erzielbare Zellwirkungsgrad möglicherweise geringfügig abnimmt, dass dieser Nachteil aber neben der geringeren Herstellungszeit aufgrund der Schichtdickenreduktion und gegebenenfalls geringeren Ansprüchen an die Reinheit des Prozesses (der Gase) und der hergestellten Zellen in Bezug auf den Sauerstoffgehalt überkompensiert wird, und dass in diesem Fall die Solarzellenherstellungszeit aufgrund einer Erhöhung der Abscheidungssrate der μc-Si:H Absorberschicht ohne zusätzliche Wirkungsgradeinbußen noch einmal deutlich gesenkt werden kann. Die Produktion kann also mit deutlich geringeren Anforderungen an die Prozessreinheit durchgeführt werden, was signifikante Kostenvorteile mit sich bringt, nämlich geringere Anlagenkosten und geringere Prozessgaskosten. Zusätzlich dazu ist noch zu berücksichtigen, dass dünnere a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen weniger degradieren. Folglich wird dadurch die Differenz beim stabilisierten Wirkungsgrad gegenüber a-Si:H/μc-Si:H basierten Stapelsolarzellen mit Standardgesamtschichtdicke kleiner, als es beim Anfangswirkungsgrad der Fall ist.
Das Verfahren kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung so ausgeführt werden, die Flüsse der der Kammer zugeführten und aus der Kammer abgeleiteten Gase bzw. Gasmischungen derart zu regeln, dass sich während des Verfahrens ein konstanter Abscheidungs- druck ausbildet. Es kann insbesondere eine Abscheidungsrate zwischen etwa 1,0 bis 2,5 nm/s gewählt werden und eine mikrokristalline Schicht mit einer Dicke von 200 bis 800 nm, insbesondere von 400 bis 600 nm abgeschieden werden. In diesen Fällen können mit dem genannten Verfahren regelmäßig μc-Si:H Einzelsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von etwa 7-8 % ebenfalls für alle Kombinationen an Zwischenwerten realisiert werden. Für a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen, die aufgrund des a-Si:H Anteils zuerst lichtinduziert degradieren und erst danach einen stabilisierten Wirkungsgrad aufweisen, können höhere Anfangswirkungsgrade von etwa 9-11 % und auch höhere stabilisierte Wirkungsgrade von etwa 8-10 % ohne weiteres erzielt werden.
Der Kammer kann nach dem Plasmastart kontinuierlich ausschließlich reaktives, siliziumhal- tiges Gas in einem Volumenstrom von 0,5 sccm bis zu 20 sccm/100 cm2 Beschichtungsfläche, insbesondere von 0,5 sccm bis zu 10 sccm/100 cm2 Beschichtungsfläche, zugeführt werden. Dies gilt z. B. dann, wenn die Kammer oder das Kammersystem vor Beginn des Plasmastarts Wasserstoff ohne siliziumhaltiges Gas aufweist. Gleichzeitig kann das in der Kammer vor- liegende Gasgemisch wenigstens teilweise aus der Kammer abgeleitet werden. Inerte Gase können diesem Verfahren beigemischt sein.
Das Verfahren zur Abscheidung des mikrokristallinen Siliziums kann insbesondere zur Herstellung von Stapelsolarzellen genutzt werden. Als Substrat wird in dem Verfahren dann z. B. eine elektrische Kontaktschicht sowie hierauf abgeschiedene mikrokristalline n-Schicht gewählt. Die Solarzelle im Falle einer Tandemkonfiguration weist im fertigen Zustand eine n-i-p-n-i-p-Konfiguration auf. Als elektrische Kontaktschicht kann z. B. eine Metall-ZnO- Schicht oder eine Metall-Snθ2-Schicht oder eine andere TCO-Schicht gewählt werden. Als elektrische Kontaktschicht der n-i-p-n-i-p-Schicht kann auch allein eine Metallschicht als Reflektor gewählt werden. Einzelzellen werden ohne den entsprechenden a-Si:H-Anteil gefertigt.
Als Substrat kann beispielsweise aber auch ein Glas-TCO-a-Si.Η-Schichtsystem plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt werden. Es kann auch ein Metall-TCO-a- Si.Η-Schichtsystem plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt werden. Die Solarzelle weist in diesen Fällen einer Tandemkonfiguration im fertigen Zustand eine p-i-n-p-i-n-Konfiguration auf. Für Einzelzellen werden Substrate ohne den entsprechenden a-Si:H-Anteil gewählt. Selbstverständlich können andere Substrate zur Herstellung der Stapelsolarzellen verwendet werden.
Die mittels dieses Verfahrens hergestellten Solarzellen weisen also mindestens eine n-i-p- Struktur oder eine p-i-n-Struktur auf, wobei die Absorberschicht mikrokristallin ausgebildet ist. Beispielsweise weisen μc-Si:H Einzelsolarzellen, die mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer besonders vorteilhaften Abscheidungsrate von 2,5 nm/s hergestellt werden, einen Wirkungsgrad von etwa 7-8 % auf. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass die μc-Si:H-Absorberschicht eine Dicke von weniger als 1000 Nanometer aufweist.
Besonders vorteilhaft weisen bereits die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten
Einzelsolarzellen einen Wirkungsgrad von 7-8% trotz hoher Abscheidungsraten und geringer Schichtdicken auf. Bei Stapelsolarzellen sind entsprechend höhere Wirkungsgrade erreichbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die mittels dieses Verfahrens hergestellten Solarzellen mehr als 2*1019 bis etwa 1*1021 cm"3 Sauerstoffatome in der mikrokristallinen Absorberschicht aufweisen.
Eine a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzelle weist besonders vorteilhaft eine Gesamt- schichtdicke aller Absorberschichten von weniger als 1000 Nanometern auf. Vorzugsweise bezüglich der Herstellungskosten je Watt peak Solarmodulnennleistung weist dabei die mikrokristalline Absorberschicht einen Sauerstoffgehalt von mehr als 2*1019 insbesondere bis 1021 Sauerstoffatomen/cm3 auf.
Mit dem Verfahren ist es besonders vorteilhaft möglich, dünne a-Si:H/μc-Si:H Stapelsolarzel- len, insbesondere Tandemsolarzellen herzustellen, wobei die üblichen negativen Auswirkungen einer hohen Abscheidungsrate für die μc-Si:H Absorberschicht als auch einer hohen Konzentration an Verunreinigungsstoffen in der μc-Si:H Absorberschicht wesentlich geringer ausgeprägt sind. Hiermit werden zusätzliche Kosteneinsparungen ermöglicht durch eine weitere Reduzierung der Herstellungszeiten und geringere Anforderungen an die Prozessreinheit. Es tritt hierbei zusätzlich ein synergistischer Effekt auf, da hohe Abscheidungsraten gegenüber geringen Abscheidungsraten bewirken, dass bei gleichem Basisdruck geringere Sauerstoffmengen in die aufwachsende μc-Si:H Schicht eingebaut werden. Es wurde im Rahmen der Erfindung auch erkannt, dass der relative degradationsbedingte Wirkungsgradverlust bei Stapelsolarzellen mit zunehmend geringer Absorberschichtdicke geringer ausfallt.
Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausfuhrungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert.
Erstes Ausfuhrungsbeispiel: Herstellung einer μc-Si:H Absorberschicht auf einem Substrat bei unterschiedlich hohen Abscheidungsraten
Als Substrat wurde ein Glas-TCO-Schichtsystem (TCO engl, transparent conductive oxide) plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine Dicke von etwa 1 Millimeter, die TCO-Schicht weist eine Dicke von etwa 500 Nanometer und die p- Schicht weist eine Dicke von etwa 10 Nanometer auf.
Es wurde ein Plasmakammersystem gewählt, bei dem die dotierte p- und n-Schicht und die undotierte Absorberschicht in verschiedenen Kammern abgeschieden wurden.
Zur Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung auf der p-Schicht wird das ge- nannte Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und im Vakuum auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Der Basisdruck beträgt dabei 10"7 mbar. Danach wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe von 30x30 cm2 beschichtet werden können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 4000 sccm (dies entspricht 444,4 sccm je 100 cm2 zu beschich- tende Substratfläche ) und einem Silanfluss von 57 sscm bei 1 nm/s Abscheidungsrate (dies entspricht 6,3 sccm je 100 cm2 zu beschichtende Substratfläche) bzw. 102 sccm Silanflusss bei 2,5 nm/s Abscheidungsrate (dies entspricht 11,3 sccm je 100 cm2 zu beschichtende Substratfläche) geflutet und dabei der Plasmakammerdruck kontinuierlich während des gesamten Abscheidungsprozesses auf 9,3 mbar geregelt.
Das in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus der Kammer abgeleitet. Dabei bildet sich ein konstanter Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase werden durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode in die Plasmakammer eingelassen. Soll die μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bei einer Generatorleistung von 800 W stattfinden, dann wird die Silankonzentration (=Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) auf einen Wert von 1,4 % eingestellt. Für die Abscheidung der μc-Si:H Absorberschicht bei einer Generatorleistung von 1800 W wird eine Silankonzentration von 2,5 % eingestellt.
Mithilfe des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead- Hochfrequenzelektrode gezündet und anschließend auf eine bestimmte Generatorleistung geregelt. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt hierbei 40,68 MHz. Soll eine Abscheidungs- rate der μc-Si:H Absorberschicht von 1 nm/s erzielt werden, dann ist die Generatorleistung auf einen Wert von 800 W (entspricht 0,6W/cm2 Elektrodenfläche) einzustellen. Zur Erzielung einer μc-Si:H Abscheidungsrate von 2,5 nm/s ist eine Generatorleistung von 1800 W (entspricht 1,3 W/cm2 Elektrodenfläche) einzustellen.
Während der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen Prozessparameter unverändert. Die benötigte Abscheidungszeit ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H Absorberschichtdicke und der zum jeweiligen Herstellungsprozess dazugehörigen μc-Si:H Abscheidungsrate. Die μc-Si:H Absorberschichtabscheidung endet mit dem Ausschalten des Generators nach Ablauf der eingestellten Abscheidungszeit.
Die μc-Si:H Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration (=Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
Auf der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si:H Absorberschicht wurde zur Herstellung einer μc-Si:H Einzelsolarzelle eine n-dotierte Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke von etwa 20 Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus ZnO/ Ag (80 Nanometer ZnO und 700 Na- nometer Ag) gefertigt. In Abhängigkeit der μc-Si:H Absorberschichtdicke und der μc-Si:H Abscheidungsrate erreichte der Zellwirkungsgrad dieser Einzelzelle folgende Werte:
Es wird deutlich, dass eine Erniedrigung der Schichtdicke der Absorberschicht auf Werte um 500-600 Nanometer (Zellen 3 bis 4) zu keiner Verringerung des Zellwirkungsgrades auf Grund einer Abscheidungsratenerhöhung von 1 nm/s auf 2,5 nm/s führt. Im Gegensatz hierzu ist bei dem Kontrollexperiment mit einer Absorberschichtdicke gemäß Stand der Technik (Standard: 1000-2000 Nanometer für Einzelzellen; 1000-3000 Nanometer bei Stapelsolarzellen) ein deutlicher Verlust des Zell Wirkungsgrades von 9,2 auf 7,8 % auf Grund der erhöhten Schichtdicke messbar. Resultierend führt datier das erfindungsgemäße Verfahren zu einer deutlichen Steigerung des Ausstoßes an Solarzellen bei ansonsten unverändertem Wirkungsgrad.
Zweites Ausführungsbeispiel: Herstellung einer μc-Si:H Absorberschicht auf einem Substrat bei zusätzlich hohem Basisdruck
Als Substrat wurde ein Glas-TCO-Schichtsystem (TCO engl, transparent conductive oxide) plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine Dicke von etwa 1 Millimeter, die TCO-Schicht weist eine Dicke von etwa 500 Nanometer und die p- Schicht weist eine Dicke von etwa 10 Nanometer auf.
Es wurde ein Plasmakammersystem gewählt, bei der die dotierte p- und n-Schicht und die undotierte Absorberschicht in verschiedenen Kammern abgeschieden wurden.
Die Plasmakammer weist im evakuierten Zustand einen Basisdruck von ca. 10"8 mbar auf. Zur gezielten Erhöhung des Sauerstoffgehalts in dort abgeschiedenen μc-Si:H Absorberschichten ist ein künstliches Luftleck an der Kammer angebracht, dessen Stärke über ein Nadelventil eingestellt werden kann. Je nachdem, wie weit das Nadelventil geöffnet ist, erhöht sich auch der Basisdruck in der Plasmakammer. Der Basisdruck fungiert als Maß für die Stärke des Luftlecks und damit der eingebauten Sauerstoffmenge.
Zur Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung wird das Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und in Vakuum auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Danach wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe von 10x10 cm2 beschichtet werden können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 360 sccm und einem Silanfluss von 5,0 sccm (etwa 1,4 % Silankonzentration) geflutet und dabei der Plasmakammerdruck auf 13,3 mbar geregelt.
Das in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus der Kammer abgeleitet. Dabei bildet sich wiederum ein konstanter Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase werden dabei durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode in die Prozesskammer eingelassen.
Mithilfe des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead- Hochfrequenzelektrode gezündet und anschließend auf eine Generatorleistung von etwa 60 W geregelt (entspricht etwa 0,4 W/cm2 Elektrodenfläche), so dass eine μc-Si:H Abscheidungsra- te von 0,7 nm/s erzielt wird. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt hierbei 13,56 MHz.
Während der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen Prozessparameter unverändert. Die benötigte Abscheidungszeit ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H Absorberschichtdicke und der zum Herstellungsprozess dazugehörigen μc-Si:H Abschei- dungsrate. Die Abscheidung der μc-Si:H Absorberschicht endet mit dem Ausschalten des Generators nach Ablauf der eingestellten Abscheidungszeit.
Die μc-Si:H Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration (=Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
Auf der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si.Η Absorberschicht wurde zur Herstellung einer μc-Si:H Einzelsolarzelle eine n-dotierte Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke von etwa 20 Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus Ag (700 Nanometer) gefertigt. In Abhängigkeit des über das Nadelventil eingestellten Basisdrucks in der Plasmakammer und der μc-Si:H Absorberschichtdicke erreichte der Zellwirkungsgrad folgende Werte:
Es wird deutlich, dass bei einer Schichtdicke von weniger als 1000 Nanometer für die Absorberschicht (Beispiele 1-3), auch eine deutliche Erhöhung des Basisdrucks auf etwa 10"5 mbar zu tolerierbaren Wirkungsgradverlusten von nur 1,6% führen. Hierbei ist noch zu berücksichtigen, dass Beispiel 3 im Vergleich zu Beispiel 1 und Beispiel 2 eine gut 100 Nanometer geringere Absorberschichtdicke hat, was bei diesem Absorberschichtdickenniveau ursächlich für den Wirkungsgradverlust von 1 ,6% ist.
Im Gegensatz hierzu sind oberhalb 1000 Nanometer Schichtdicke der Absorberschicht bereits deutlich erhöhte Wirkungsgradverluste bei einer Erhöhung des Basisdrucks von 10"8 auf 10"5 mbar nachweisbar. Diese liegen bereits bei 2,7%. In dem Fall, dass die Absorberschichtdicke sogar etwa 3000 Nanometer beträgt, ist der nachweisbare Wirkungsgradverlust noch einmal deutlich erhöht. In diesem Fall beträgt er sogar 3,7 % bei einer Erhöhung des Basisdrucks von 10'8 auf 10'5 mbar.
Als Resultat dieser Ergebnisse, ist bereits bei einer gegenüber Stand der Technik leicht erhöhten Abscheidungsrate von 0,7 nm/s und gleichzeitig dünnen Schichtdicken von hier 400- 530 Nanometer der abgeschiedenen mikrokristallinen Absorberschicht ein zusätzlicher Effekt aufgetreten. So ist trotz eines vergleichsweise sehr hohen Basisdrucks von 10"5 mbar lediglich ein geringer Wirkungsgradverlust nachweisbar. Dieser ist aus prozesstechnischer Sicht absolut tolerierbar. Der Wirkungsgradverlust ist dabei deutlich geringer, als bei den dicken Absorberschichten der Beispiele 7-9.
Das Beispiel 3 in Tabelle 2 weist mit einer vergleichbar zum ersten Ausführungsbeispiel dicken Absorberschicht von 530 Nanometer und mit einem Rückkontakt aus ZnO/ Ag entsprechend einen Wirkungsgrad von etwa 7 % auf.
Drittes Ausführungsbeispiel: Herstellung einer μc-Si:H Absorberschicht für eine Tandemso- larzelle auf einem Substrat
In Stapelsolarzellen, die aus amorphem (a-Si:H) und mikrokristallinem (μc-Si:H) Silizium basieren, wird die Gesamtdicke der aktiven Schichten im Wesentlichen durch die Dicke der μc-Si:H Absorberschichten beeinflusst. Ein Beispiel für a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzellen sind a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzellen, die aus genau einer a-Si.Η Topzelle und einer μc-Si:H Bottomzelle bestehen. Als Top-Zelle ist die Zelle, in die das Licht zuerst eintritt, bezeichnet.
Nach dem Stand der Technik trägt dabei die μc-Si:H Absorberschicht zu etwa 75 % zur Gesamtdicke der aktiven Schicht einer a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle bei.
Da insbesondere in einer a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle die μc-Si:H Bottom-Absorber- schicht mit 1000-3000 Nanometer Dicke die mit Abstand größte Einzelschichtdicke aufweist, bestimmt deren Abscheidungsrate maßgeblich den jährlich erzielbaren Output einer Produktionsanlage.
Zur Herstellung einer Solarzelle mit p-i-n-p-i-n-Aufbau für eine Tandemkonfiguration wird als Substrat ein Glas-TCO-a-SiiH-Topzellen-Schichtsystem (TCO engl, transparent conductive oxide) plus hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt. Das Glas hat eine Dicke von etwa 1 Millimeter, die TCO-Schicht weist eine Dicke von etwa 500 Nano- meter, die a-Si:H-Topzelle weist auf Grund der Reihenschaltung zur μc-Si:H-Bottomzelle eine jeweils angepasste Dicke von etwa 140-390 Nanometer auf. Das heisst, dass in Abhängigkeit der μc-Si:H Absorberschichtdicke die Absorberschichtdicke der a-Si:H Top-Zelle dabei so angepasst wurde, dass beide Einzelzellen den gleichen Strom liefern.
Die hierauf abgeschiedene mikrokristalline p-Schicht weist eine Dicke von etwa 10 Nanometer auf.
Zur Vorbereitung der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung wird das Substrat zuerst parallel zur Showerhead-Hochfrequenzelektrode mit einem Elektrodenabstand von 10 mm positioniert und in Vakuum auf eine Substrattemperatur von 200°C aufgeheizt. Der Basisdruck beträgt etwa 10'7 mbar. Danach wird die Plasmakammer, in der Substrate bis zu einer Größe von 30x30 cm2 beschichtet werden können, kontinuierlich mit einem Wasserstofffluss von 2700 sccm und Silan-Fluss von 24 sccm (0,9 % Silankonzentration) geflutet und dabei der Plasmakammerdruck auf 13,3 mbar geregelt.
Das in der Kammer vorliegende Gasgemisch wird vollständig aus der Kammer abgeleitet. Dabei bildet sich wiederum ein konstanter Abscheidungsdruck aus. Die Prozessgase werden dabei durch die Showerhead-Hochfrequenzelektrode in die Prozesskammer eingelassen.
Mithilfe des Generators wird ein Plasma zwischen dem Substrat und der Showerhead-Hoch- frequenzelektrode gezündet und anschließend auf eine Generatorleistung von etwa 500 W (entspricht etwa 0,4 W/cm2 Elektrodenfläche) geregelt, so dass eine μc-Si:H Abscheidungsra- te von 0,7 nm/s erzielt wird. Die Plasmaanregungsfrequenz beträgt hierbei 13,56 MHz.
Während der μc-Si:H Absorberschichtabscheidung bleiben alle angegebenen Prozessparame- ter unverändert.
Die benötigte Abscheidungszeit ergibt sich aus der gewünschten μc-Si:H Absorberschichtdicke und der zum jeweiligen Herstellungsprozess dazugehörigen μc-Si:H Abscheidungsrate. Die μc-Si:H Absorberschichtabscheidung endet mit dem Ausschalten des Generators nach Ablauf der eingestellten Abscheidungszeit.
Die μc-Si:H Absorberschicht ist hierbei aufgrund der eingestellten Silankonzentration (=Silanfluss/(Summe aus Silanfluss und Wasserstofffluss)) nahe am μc-Si:H/a-Si:H Übergang abgeschieden und daher hinsichtlich den Schichteigenschaften optimiert.
Auf der nach diesem Verfahren hergestellten μc-Si:H Absorberschicht wurde zur Herstellung der a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle eine mikrokristalline n-Schicht abgeschieden. Diese hat eine Dicke von etwa 20 Nanometer. Der Rückkontakt wurde aus ZnO/Ag (80 Nanometer ZnO und 700 Nanometer Ag) gefertigt. Die a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle weist somit eine μc-Si:H Bottom-Zelle auf einer a-Si:H-Topzelle auf.
Nach Ermittlung des Anfangszellwirkungsgrades wurden die a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzellen anschließend in einem Degradationsexperiment für 1000 Stunden bei einer Zelltemperatur von 50°C einer Einstrahlungsstärke von 100 mW/cm2 ausgesetzt, um auch den stabilisierten Zell Wirkungsgrad zu ermitteln. Es ergaben sich folgende Werte:
Es wird deutlich, dass der relative degradationsbedingte Wirkungsgradverlust bei Zellen mit zunehmend geringer Absorberschichtdicke geringer ausfällt. Während in Beispiel 1 und 1850 Nanometer Schichtdicke dieser relative Verlust noch bei 18,5% liegt, beträgt er im Beispiel 4 und einer Schichtdicke von 440 Nanometer nur noch 6,7 %. Für Tandemsolarzellen ist die lichtinduzierte Degradation fast ausschließlich durch eine Degradation des a-Si:H-Top- Solarzelle herbeigeführt.
Die Konsequenz aus den Ergebnissen der Ausführungsbeispiele besteht darin, dass sich das Produktionskostenoptimum zu deutlich geringeren Gesamtschichtdicken < 1000 Nanometer bei hohen Abscheidungsraten > 0,5 nm/s und gegebenenfalls hohem Basisdruck mit entsprechend hoher Sauserstoffendkonzentration in der fertigen Solarzelle verschiebt. So weist die a-Si:H/μc-Si:H Tandemsolarzelle Nr. 4 eine Gesamtschichtdicke der aktiven Halbleiter-Schichten (p-i-n-p-i-n ohne Front- und Rückkontakt) von etwa 640 Nanometer auf.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat in einem Plasmakammersystem mit den Schritten:
- das Plasmakammersystem weist vor dem Start des Plasmas ein reaktives, siliziumhal- tiges Gas und Wasserstoff oder ausschließlich Wasserstoff auf, - das Plasma wird gestartet,
- dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ausschließlich reaktives, siliziumhaltiges Gas zugeführt oder dem Kammersystem wird nach dem Plasmastart kontinuierlich ein Gemisch, umfassend ein reaktives, siliziumhaltiges Gas und Wasserstoff zugeführt, wobei die Konzentration an reaktivem, siliziumhaltigen Gas bei der Zufuhr in die Kammer größer als 0,5 % eingestellt wird, und
- die Plasmaleistung wird zwischen 0,1 und 2,5 W/cm2 Elektrodenfläche eingestellt,
- es wird eine Abscheidungsrate von größer als 0,5 nm/s gewählt, und die mikrokristalline Schicht mit einer Dicke von weniger als 1000 Nanometer auf dem Substrat abgeschieden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Flüsse der der Kammer zugeführten und aus der Kammer abgeleiteten Gase bzw. Gasmischungen derart geregelt werden, dass sich während des Verfahrens ein konstanter Abscheidungsdruck ausbildet.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine Abscheidungsrate bis zu 5,0 nm/s, insbesondere zwischen 1,0 bis 2,5 nm/s gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine mikrokristalline Schicht mit einer Dicke von 200 bis 800 nm, insbesondere von 400 bis 600 nm abgeschieden wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anregungsfrequenz von 13,56 bis etwa 100 MHz bei einem Elektrodenabstand von 5 bis 25 Millimeter, insbesondere einem Elektrodenabstand von 10 bis 25 Millimeter gewählt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidungsdruck in der Plasmakammer zwischen 1 und 25 mbar eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kammer nach dem Plasmastart kontinuierlich zumindest ausschließlich reaktives, siliziumhaltiges Gas in einem Volumenstrom von 0,5 sccm bis zu 20 sccm/100 cm2 Beschichtungsfläche, insbesondere von 0,5 sccm bis zu 10 sccm/100 cm2 Beschichtungs- fläche, zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisdruck in dem Plasmakammersystem mindestens 10"6 mbar, insbesondere mindestens 10"5 mbar beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substrattemperatur zwischen 100 bis 350 0C gewählt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig das in der Kammer vorliegende Gasgemisch wenigstens teilweise aus der
Kammer abgeleitet wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat eine elektrische Kontaktschicht sowie hierauf abgeschiedene mikrokristalline n-Schicht oder eine Glas-TCO-a-Si:H-Zelle mit hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht oder eine Metall-TCO-a-Si.Η-Zelle mit hierauf abgeschiedener mikrokristalliner p-Schicht gewählt wird.
12. Solarzelle mit mindestens einer p-i-n- Struktur oder mindestens einer n-i-p-Struktur, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrokristalline Absorberberschicht einen Sauerstoffgehalt von mehr als 2* 1019 Sauerstoffatomen/cm3 aufweist.
14. Solarzelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle einen Wirkungsgrad von mindestens 7-8 % aufweist.
15. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass die Solarzelle eine a-Si:H/μc-Si:H basierte Stapelsolarzelle ist.
16. Solarzelle nach vorhergehendem Anspruch, gekennzeichnet durch eine Gesamtschichtdicke aller aktiven Halbleiterschichten von weniger als 1000 Nanometer.
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