ALD-Anlage für Metalloxidschichten - PR540988-2350- W

ALD-Anlage für Metalloxidschichten

Das Projektvorhaben Pero-Si-Scale soll das Fraunhofer ISE in die Lage versetzen, skalierbare Herstellungsprozesse für Perowskit-Solarzellen als Obersolarzelle von Perowskit/Silizium- Tandemsolarzellen zu entwickeln. Hierzu soll eine Prozess-Linie aufgebaut werden, welche es ermöglicht, möglichst produktionsnahe Prozesse und Technologien zur Abscheidung von Perowskiten und den benötigten Kontaktschichten zu entwickeln. Als Teil dieses neuen Labors wird eine Anlage für die Atomlagenabscheidung (ALD) für die schnelle und flexible Abscheidung verschiedener Metalloxide auf einer Probenoberfläche (einseitige Abscheidung) von Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen benötigt. Für diese Perowskit/Silizium-Tandemsolarzellen ist es wichtig, dass die Handhabung der Proben (Be- und Entladen) in einer inerten Atmosphäre (Glovebox) erfolgt. Die wichtigsten Schichten, die in der ALD-Anlage abgeschieden werden müssen, sind die elektronenleitenden SnOx- Pufferschichten für die Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen. Neben SnOx sollen auch andere Metalloxide, insbesondere Al2O3, abgeschieden werden können. Um einen schnellen Wechsel zwischen zwei unterschiedlichen Metalloxidschichten zu gewährleisten, sollte die Anlage mit mindestens zwei Precursor-Bubblern ausgestattet sein. Für die Abscheidung auf Perowskit/Silizium-Tandemzellen ist eine sehr sanfte Abscheidung erforderlich, die den darunter liegenden Wafer oder Schichten (z.B. Perowskit) nicht schädigt. Daher ist eine thermische ALD-Abscheidung der Metalloxide mit Wasserdampf erforderlich. Optional kann die ALD-Anlage auch mit anderen Oxidationsquellen wie einem Sauerstoffplasma ausgestattet sein. Die ALD-Beschichtung soll vor allem bei großflächigen Perowskit/Silizium- Tandemsolarzellen eingesetzt werden. Daher steht eine homogene Abscheidung auf 166 mm x 166 mm (M6) oder 210 mm x 210 mm (M12) Wafern im Vordergrund. Dabei soll die Anlage für eine 20 nm dicke SnOx-Schicht, die bei 80 °C abgeschieden wird, einen Durchsatz von mindestens 10 M12-Wafern pro Stunde haben. Bei einer ALD-Anlage für die Beschichtung von einzelnen Wafern ist dabei ein Aufbau mit einem automatischen Wafer-Ladesystem für M6 und M12 bevorzugt. Die Anlage muss jedoch auch in der Lage sein, Proben mit kleineren Abmessungen zu beschichten (z.B. 2.5 x 2.5cm²). Da die Anlage in einem Umfeld mit starkem R&D Charakter verwendet wird, wird generell eine entsprechende Flexibilität bei gleichzeitiger industrierelevanter Ausstattung und Beschichtungsfläche benötigt. Dazu zählt auch zum einen eine entsprechende Flexibilität bei der Abscheidetemperatur, idealerweise zwischen Raumtemperatur und 200 °C. Zum anderen wird auch eine möglichst große Flexibilität bei den Schichtzusammensetzungen bevorzugt: Neben SnOx und Al2O3 sollte prinzipiell auch die Abscheidung andere Metalloxidschichten wie TiO2 und ZnOx möglich sein, sowie die Verwendung sogenannter Superzyklen um auch dotierte Metalloxide wie Aluminium-dotiertes ZnOx (AZO) abzuscheiden.