Sputtertargets aus Molybdän-Natrium für CIGS Dünnschichtsolarzellen

In vielen CIGS-Modulen dient das Substrat aus Kalk-Natron-Glas auch als Natriumquelle. Bei der Herstellung des Absorbers entstehen Temperaturen von etwa 500 °C. Bei dieser Temperatur diffundiert Natrium aus dem Glas durch den Molybdän-Rückkontakt in den Absorber. Die Natriumverteilung im Glas ist jedoch nicht homogen. Auch das Glasalter und die Lagerbedingungen vor der Beschichtung beeinflussen die Qualität der Natriumdiffusion.

Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich bei Verwendung von Molybdän-Natrium-Schichten als Natrium-Quelle: Auf ein beliebiges starres oder auch flexibles Substrat wird zunächst eine Diffusionsbarriere aufgebracht. Bei einem Glassubstrat kann das zum Beispiel eine Siliziumnitridschicht sein. Wird Stahlfolie verwendet, verhindert etwa eine chrom- oder wolframbasierte Barriere die Diffusion von Eisen. Anschließend wird eine dünne MoNa-Schicht und danach - wie im normalen Fall auch - eine Schicht reines Molybdän als Rückelektrodenschicht gesputtert.

Eigenschaften unserer MoNa-Sputtertargets

Feine Mikrostruktur

Die Natriumverbindung, die dem MoNa-Sputtertarget zugegeben wird, befindet sich zwischen den Molybdän-Körnern. Weil wir MoNa über einen pulvermetallurgischen Prozess herstellen, sind die Natriumpartikel fein und gleichmäßig verteilt. Die elektrische Leitfähigkeit eines MoNa-Targets ist etwas niedriger als jene von reinen Molybdäntargets, aber völlig ausreichend, um im DC-Modus zu sputtern.

Reines Material

Während geringe Mengen an Natrium die Effizienz der CIGS-Zelle erhöhen, führen andere chemische Elemente, wie z.B. Eisen oder Chrom hingegen zu einem merklichen Effizienzverlust. Um den Gehalt an insbesondere metallischen Verunreinigungen so niedrig wie möglich zu halten, achten wir gewissenhaft auf eine saubere Prozessführung und die Qualität unserer Ausgangsmaterialien. Wir kontrollieren die Herstellroute unserer Targets schon ab dem Rohstoff und können so eine ausgezeichnete Reinheit unserer Metallpulver garantieren.

Wir haben MoNa-Sputtertargets mit einem Natriumanteil von 5 % und 10 % im Programm. Das entspricht 1.3 und 2.6 Gew.-%. Unsere MoNa-Sputtertargets werden als Flachtarget gefertigt sowie als Rohrtarget, für noch mehr Materialausbeute in der Anwendung.

 

MoNa-Sputtertargets als Forschungsgegenstand

Das Schweizer EMPA Institut hat die Natriumdotierung im CIGS-Prozess mit MoNa Targets von Plansee untersucht. Die Arbeitsgruppe Dünnfilme und Photovoltaik der EMPA unter der Leitung von Prof. Dr. Tiwari untersuchte, wie MoNa Sputtertargets optimal zur Herstellung von CIGS Solarzellen eingesetzt werden können. Rückkontakte aus MoNa ermöglichen eine Natrium-Dotierung im CIGS-Absorber und steigern dadurch die Leistung der Zelle. Bei relativ niedrigen Abscheidetemperaturen erreichten die auf Stahlfolie aufgebrachten Zellen einen Wirkungsgrad von 14.4 %. Unsere Beschichtungsexperten Dr. Christoph Adelhelm und Enrico Franzke waren an dem Forschungsprojekt beteiligt. Erfahren Sie die ausführlichen Ergebnisse der Forschungsarbeit. Der Elsevier-Verlag bietet Ihnen den vollständigen Artikel zum Download an „Sodium-doped molybdenum back contacts for flexible Cu(In,Ga)Se2 solar cells - ScienceDirect“.

Eine weitere Veröffentlichung beschäftigt sich mit den optimalen Sputterbedingungen, um den Absorber mit möglichst viel Natrium zu dotieren.