Als einer der führenden Hersteller von Beschichtungsmaterialien (Sputtertargets) für den PVD-Beschichtungsprozess haben wir zwei erfolgreiche Ansätze zur Kostensenkungen bei der CIGS-Herstellung entwickelt. Um den Materialverbrauch zu reduzieren, setzt PLANSEE vor allem auf Sputtertargets mit verbesserten Targetgeometrien. Mit Molybdän-Natrium (MoNa) hat PLANSEE zudem ein Material entwickelt, das auf einfachem Weg die Effizienz von CIGS-Solarzellen steigert.

Neue Targetgeometrien – mehr Materialausbeute

Ersetzen CIGS-Produzenten Flachtargets durch Rohrtargets, steigt die Materialausbeute des Targets von 30 % auf 75 %. Die längere Standzeit bringt wesentliche Kosteneinsparungen und der Erfolg gibt den „Runden“ Recht: Denn neue CIGS-Produktionsanlagen werden fast ausschließlich mit Rohrtargets konzipiert.

Zur Herstellung des Rückkontakts kommen Rohrtargets aus Molybdän zum Einsatz. Besonders effizient sind monolithische Targets aus Molybdän. Sie haben kein Trägerrohr und bestehen zu 100 % aus Beschichtungsmaterial. Monolithische Rohrtargets ermöglichen eine Materialausbeute auf bis zu 80 %.
Bei gebondeten Targets kommt Indium als Lot zum Einsatz. Da das Material einen niedrigen Schmelzpunkt von 156 °C hat, kann bei höheren Sputterleistungen das Bonding leicht versagen. Monolithische Targets sparen also nicht nur den teuren Bondingprozess von Molybdän auf das Trägerrohr. Ohne Trägerrohr ermöglichen sie besonders hohe Leistungsdichten von bis zu 30 kW/m und sorgen so für höchste Abscheideraten und eine höhere Sputtergeschwindigkeit. Davon profitieren auch die Schichteigenschaften. Die Schicht weist unter anderem eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf.

Während gesputterte Schichten sehr homogen sind, bilden Sputtertargets im Laufe des Beschichtungsprozesses ein unregelmäßiges Erosionsprofil aus. Während an einigen Stellen des Targets noch sehr viel Beschichtungsmaterial vorhanden ist, gibt es auch stark abgesputterte Bereiche. Grund dafür sind verschiedene Plasmadichten über dem Target. Sputtertargets müssen aufgrund des Erosionsprofils frühzeitig ausgetauscht werden. Als Alternative bietet PLANSEE Targets mit variierendem Außendurchmesser an. Sie werden aufgrund der typischen Form auch „Dogbone-Targets“ genannt. Sie haben an den äußeren, stark beanspruchten Stellen mehr Material und verlängern die Standzeit des Sputtertargets.

Natriumdotiertes Molybdän für mehr Effizienz

CIGS-Solarzellen zeigen im Labor einen Wirkungsgrad von mehr als 20 % und erreichen damit das Niveau von Solarzellen aus polykristallinem Silizium. Zwei Elemente beeinflussen die Effizienz von CIGS-Zellen wesentlich: Eisen und Natrium. Während Eisen die CIGS-Struktur schädigt und damit die Effizienz verringert, wird eine hohe Effizienz nur durch kleine Mengen Natrium im CIGS-Absorber erreicht.

Neben einer sauberen Prozessführung ist vor allem die Qualität der Beschichtungsmaterialien der Garant für niedrige Eisengehalte im CIGS-Absorber. Gerade in Molybdän-Sputtertargets kann der Eisengehalt stark variieren. Ausschlaggebend sind die Reinheit der Vormaterialien und ein einwandfreier und rückverfolgbarer Produktionsprozess.

Bei CIGS-Modulen auf Glas fungiert das verwendete Kalk-Natron-Glas üblicherweise auch als Natriumquelle. Während des Produktionsprozesses diffundiert Natrium vom Glas durch den Rückkontakt aus Molybdän in die Absorberschicht. Dieser Prozess ist jedoch nicht 100 % reproduzierbar und Natrium ist häufig nicht homogen in der Absorberschicht verteilt.

Neu entwickelte Sputtertargets aus natriumdotiertem Molybdän (MoNa) bieten eine einfache Alternative. Wird auf den Molybdänrückkontakt eine MoNa-Schicht gesputtert, kann die Natriumkonzentration präzise kontrolliert werden. Die Ergebnisse sind reproduzierbar. Wir liefern MoNa-Sputtertargets mit Natriumgehalten von 3 bis 10 %. Tests in Kooperation mit dem Schweizer EMPA Institut haben die Wirksamkeit der Natriumdotierung mit MoNa-Schichten bestätigt.

Erfahren Sie hier mehr über unsere Sputtertargets für CIGS-Solarzellen.