Liquid Silicon 2.0 Liquid phase deposition of Functional Silicon Layers for Cost-Effective High Efficiency Solar Cells

Projektverlauf

Zusammengefasst kann festgestellt werden, dass die gesetzten Projektziele im Wesentlichen erreicht wurden . Das Highlight unter den Resultaten des österreichischen Projektteiles war sicherlich die erfolgreiche Synthese von löslichen Poly-H-silanen aus SiH4, die in der Fachliteratur noch nicht beschrieben war. Die Umsetzbarkeit des dem Projektantrag zugrunde liegenden Konzeptes konnte so zumindest im Labormaßstab erfolgreich bewiesen werden. Primär aus arbeitssicherheitstechnischen Gründen haben sich allerdings speziell die notwendigen Experimente unter Verwendung des selbstentzündlichen Gases SiH4 als zeitlich und finanziell wesentlich anspruchsvoller erwiesen, als ursprünglich angenommen. Das ursprünglich definierte Projektziel eines Upscalings des entwickelten Verfahrens zur Herstellung von Poly-H-silanen aus SiH4 in Mengen von >100 g konnte daher im Förderzeitraum nicht erreicht werden. Da somit auch keine ausreichenden Mengen an Perhydridopolysilan zur großflächigen Beschichtung von Musterserien verfügbar war, musste auch die für die letzte Projektphase geplante Herstellung von Solarzellenprototypen aus den entwickelten Formulierungen unterbleiben.

Meilensteine

1. Silansynthese 1 (Neopentasilan) 01/2018
2. Silansynthese 2 (kommerzielle Edukte) 09/2019
3. Upscaling Projektende

Ergebnisse

Im Projektverlauf wurde ein neuartiges Synthesekonzept zur Oligomerisierung von kommerziell verfügbaren molekularen Siliciumwasserstoffen wie Monosilan (SiH4) oder Trisilan (Si3H8) entwickelt, das die Herstellung von löslichen Poly-H-silanen im Grammmmaßstab ermöglicht. Auf Grund seines relativ günstigen Preises und seiner auch in großen Mengen guten Verfügbarkeit ist in diesem Zusammenhang das in der Elektronikindustrie häufig verwendete Gas SiH4 als Edukt besonders attraktiv. Die Verwendung von SiH4 gestattet einerseits eine erhebliche Kostenreduktion und sollte in weiterer Folge auch die Produktion von technologisch relevanten Mengen der Zielverbindungen erlauben. Wichtige Voraussetzungen für eine mögliche technische Nutzung des Verfahrens waren dabei eine deutliche Verkürzung der notwendigen Reaktionszeiten sowie eine Erhöhung der Produktselektivität, was durch die Verwendung von hochreaktiven neuartigen Reduktionsmitteln und einer Reaktionsführung unter erhöhtem Druck auch gelungen ist. Des Weiteren verhindert unser Syntheseweg die bei Oligomerisierungsreaktionen von SiH4 häufig beobachtete Bildung von großen Mengen an unlöslichen Feststoffen.
Somit standen mit den im Projektverlauf erfolgreich hergestellten löslichen Poly-H-silanen ausreichende Stoffmengen für weiterführende Studien zur Abscheidung von Siliciumschichten zur Verfügung. Dabei ist es gelungen, sowohl n- als auch p-Typ dotierte Lösungen dieser Stoffe zu erhalten und daraus mittels Spin-coating hochqualitative und defektfreie Schichten von amorphem Silizium abzuscheiden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass mittels Ink-Jet-Printing auch der Druck von geschlossenen Linienstrukturen von ausreichender Qualität für den Einsatz in IBC Solarzellen (IBC = interdigitated back contact) möglich ist.