Auf Tantal-Silizium basierende Diffusionsbarrieren zur Verkapselung funktionaler Bauelemente

On tantalum silicon based diffusion barriers for encapsulation of functional elements

  • Flexible Dünnschichtsolarzellen erfordern eine ebenfalls flexible Verkapselung, um das Absorbermaterial (z.B. Kupfer - Indium – 2 Selenide (CIS) vor der Eindiffusion von Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Diffusionsbarrieren auf Tantal-Silizium Basis sind z. Z. bevorzugtes Material um die Kupferdiffusion in modernen Halbleiterbauelementen zu verhindern. In dieser Arbeit werden Tantal-Silizium-Stickstoff und Tantal-Silizium-Sauerstoff Schichten für die Verkapselung von zukünftigen flexiblen Dünnschichtsolarzellen untersucht und optimiert. CIS-Solarmodule wurden mit dünnen, auf Tantal basierten Barrieren beschichtet. Die Barrierewirkung der Verkapselung wurde untersucht, indem die Veränderungen des Wirkungsgrades dünnschichtverkapselter Module während eines 1000-stündigen beschleunigten Alterungstest bestimmt wurden. Eine wesentliche Verbesserung der Barrierewirkung gegen die Eindiffusion von Feuchtigkeit wurde mit einer reaktiv gesputterten Doppelschicht aus 250 nm Ta-Si-O und 15 nm Ta- Si-N erreicht. DiesesFlexible Dünnschichtsolarzellen erfordern eine ebenfalls flexible Verkapselung, um das Absorbermaterial (z.B. Kupfer - Indium – 2 Selenide (CIS) vor der Eindiffusion von Feuchtigkeit und anderen Umwelteinflüssen zu schützen. Diffusionsbarrieren auf Tantal-Silizium Basis sind z. Z. bevorzugtes Material um die Kupferdiffusion in modernen Halbleiterbauelementen zu verhindern. In dieser Arbeit werden Tantal-Silizium-Stickstoff und Tantal-Silizium-Sauerstoff Schichten für die Verkapselung von zukünftigen flexiblen Dünnschichtsolarzellen untersucht und optimiert. CIS-Solarmodule wurden mit dünnen, auf Tantal basierten Barrieren beschichtet. Die Barrierewirkung der Verkapselung wurde untersucht, indem die Veränderungen des Wirkungsgrades dünnschichtverkapselter Module während eines 1000-stündigen beschleunigten Alterungstest bestimmt wurden. Eine wesentliche Verbesserung der Barrierewirkung gegen die Eindiffusion von Feuchtigkeit wurde mit einer reaktiv gesputterten Doppelschicht aus 250 nm Ta-Si-O und 15 nm Ta- Si-N erreicht. Dieses Doppelschichtsystem erreicht bei einer Dicke von 265 nm eine vergleichbare Schutzwirkung wie eine ca. 5 µm dicke Schicht aus SiO2.show moreshow less
  • Flexible thin film solar cells require flexible encapsulation to protect the Copper – Indium – 2 Selenide (CIS) absorber layer from humidity and aggressive environmental influences. Tantalum-Silicon based diffusion barriers are currently a favorite material to prevent future semiconductor devices from copper diffusion. In this work Tantalum-Silicon-Nitrogen and Tantalum-Silicon-Oxygen films were investigated and optimized for thin film solar cell encapsulation of next-generation flexible solar modules. CIS solar modules were coated with Tantalum based barrier layers. The performance of the thin film barrier encapsulation was determined by measuring the remaining module efficiency after a 1000 h accelerated aging test. A significantly enhanced stability against humidity diffusion in comparison to SiO2-encapsulated modules was reached with a reactively sputtered thin film system consisting of 250 nm Ta-Si-O and 15 nm Ta- Si-N.

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Metadaten
Author: Heuer, Henning
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-10
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Fellbaum, Klaus-Rüdiger
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2006
Date of final exam:2006/05/05
Release Date:2006/08/16
Tag:Diffusionsbarrieren; Dünne Schichten; Flexible Solarzellen; Tantal-Silizium
Encapsulation; Solar cell; Tantal
GND Keyword:Solarzelle; Tantal; Verkapselung
Institutes:Fakultät 1 MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik / FG Mikroelektronik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Mikroelektronik