Amorphes Silizium

Der Halbleiter Silizium für Solarzellen wird in monokristallines, polykristallines und amorphes Silizium unterschieden. Amorphes Silizium wird für Dünnschichtmodule verwendet.

Herstellung

Amorphes Silizium wird durch Abscheidung beziehungsweise Aufdampfen von einer Schicht Silizium auf ein Trägermaterial hergestellt. Diese Schicht amorphen Siliziums ist nur einige Mikrometer dick, das heißt, sie bewegt sich im Nanometerbereich. Es gibt verschiedene Beschichtungs- oder Abscheidemethoden, mit denen amorphes Silizium auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Unterschieden werden

  • Kathodenzerstäubung (auch Sputtern genannt)

  • Vakuumaufdampfen

  • CVD (chemical vapor deposition), deutsch Gasphasenabscheidung

    Am weitesten verbreitet ist heute die plasmaunterstütze Gasphasenabscheidung (PECVD). Dabei wird aus einem siliziumhaltigen Gas mithilfe des Plasmas das Silizium abgeschieden, das sich dann im amorphen Zustand auf dem Trägermaterial niederschlägt. Während der Plasmaabscheidung lagern sich zudem Wasserstoffatome an, die überhaupt erst die Nutzung ermöglichen. Die Dotierung erfolgt während des Abscheidens durch Beifügung entsprechender Dotiergase.

    Vorteile

    Ein großer Vorteil von amorphem Silizium ist vor allem die kostengünstige Fertigungsmethode. Die Abscheidung von amorphem Silizium auf verschiedene Trägermaterialien ist deutlich preiswerter als die Waferherstellung bei mono- oder polykristallinem Silizium. Vorteilhaft ist auch der deutlich höhere Absorptionskoeffizient von amorphem Silizium gegenüber kristallinem Silizium. Damit hängt auch die hohe Photoempfindlichkeit zusammen, die auch bei geringen Schichtdicken gegeben ist. Entsprechende Solarmodule können daher auch bei diffusem Licht oder am frühen Morgen/späten Abend Energie erzeugen. Ein weiterer Pluspunkt ist die niedrige Fertigungstemperatur, die es ermöglicht, amorphes Silizium auf viele unterschiedliche Trägermaterialien aufzubringen.

    Nachteile

    Ein wesentlicher Nachteil bei amorphem Silizium ist die geringe Ladungsträgerbeweglichkeit (begrenzt den möglichen Strom). Zudem können Solarmodule aus amorphem Silizium nur geringe Wirkungsgrade erzielen. Schließlich ist ein großer Nachteil die Degradation von amorphem Silizium. Dieser sogenannte Staebler-Wronski-Effekt beschreibt, dass amorphes Silizium in den ersten rund 1.000 Betriebsstunden ein Viertel seines Wirkungsgrads verliert. Allerdings ist diese Degradation bei den Angaben in den Datenblättern der Dünnschichtmodule schon berücksichtigt.