Mikrorisserkennung und -analyse bei Silizium-Wafern für Solarzellen

Für die Deckung des weltweit wachsenden Energiebedarfs gewinnt die Photovoltaik als regenerative Energiequelle zunehmend an Bedeutung. Die industrielle Herstellung von Solarzellen und -modulen ist durch hohe Wachstumsraten gekennzeichnet. Damit geht ein hoher Bedarf an hochreinem Silizium einher. Auf Grund des erheblichen Herstellungsaufwandes und begrenzter Fertigungskapazitäten kann der Bedarf nur unzureichend gedeckt werden. Durch den Einsatz immer dünnerer Wafer wird versucht, dem entgegenzuwirken. Auf Grund der hohen Sprödigkeit des Siliziums steigt damit die Häufigkeit des Auftretens von Rissen in den Wafern. Anders als bei Metallen pflanzt sich ein Riss in Siliziumwafern schnell fort. Kleine Risse beeinflussen den späteren Wirkungsgrad der Module nur geringfügig. Größere Risse, insbesondere in der Nähe von Randzonen, führen beim Handling der Wafer zum vollständigen Bauteilversagen durch Bruch.

Das Ziel besteht somit darin, ein fertigungsintegrierbares Prüfsystem zu entwickeln, um derartige Risse zeitnah jeweils im Anschluss an die einzelnen Fertigungsschritte zu erkennen. Mittels einer Analyse der unterschiedlichen Charakteristika der Risse wird eine Klassifizierung von Rissen vorgenommen, um einen möglichen Bruch prognostizieren zu können. Damit kann eine unmittelbare Ausschleusung nach der jeweiligen Prozessstufe erfolgen, verlorene Wertschöpfung vermieden und Produktionskapazität effektiv genutzt werden.

Das Funktionsprinzip des Prüfsystems nutzt die Transparenz des Siliziums im nahen Infrarotbereich des Lichtes (optisches Fenster). Durch eine geeignete Anordnung aus einer Matrixkamera und einer flächigen NIR-Beleuchtung im Durchlichtverfahren können Risse und Kornstrukturen sichtbar gemacht werden. Die Datenauswertung trennt Risse von störenden Kristallgrenzen und ermöglicht somit eine Rissdetektion sowie eine Rissklassifikation und Bruchprognose.