Neues, zerstörungsfreies Testverfahren für mehrlagige Halbleiter

| Redakteur: Hendrik Härter

Neues Messverfahren für Dünnschicht-Solarmodule: Die LED-Beleuchtungseinheit in der photovoltaischen Metrologie-Plattform des CSP erzeugt spektral selektive, großflächige und extrem homogene Lichtfelder.
Neues Messverfahren für Dünnschicht-Solarmodule: Die LED-Beleuchtungseinheit in der photovoltaischen Metrologie-Plattform des CSP erzeugt spektral selektive, großflächige und extrem homogene Lichtfelder. (Bild: Fraunhofer CSP)

Forscher haben ein Mess- und Testverfahren mit LEDs entwickelt, um die unterschiedlichen Eigenschaften der Schichten von Solarmodulen zerstörungsfrei zu messen. Das Verfahren eignet sich auch für die Halbleiterindustrie.

Beschichtungen von industriellen Halbzeugen und Produkten helfen, spezifische Eigenschaften wie Schutz vor Wärme und Reflexionen zu erreichen. Damit Dünnschicht-Solarmodule effizient und leistungsfähig bleiben, sind ausgereifte Beschichtungstechniken besonders wichtig. Dazu benötigt werden großflächige und homogene Beschichtungen mit elektro-optischen Funktionen. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Schichten wie Gefügestruktur, Rauheit, Lichtdurchlässigkeit oder Homogenität beeinflussen den Wirkungsgrad der Solarmodule. Bislang ist es lediglich bei sehr kleinen Prüfkörpern möglich, diese Eigenschaften zu bestimmen.

„Gemeinsam mit industriellen Anwendern entwickeln wir ein komplett neue Messverfahren, mit dem es möglich ist, großflächig und zerstörungsfrei die Schichteigenschaften von bis zu zwei Quadratmeter großen Dünnschichtmodulen zuverlässig zu bewerten. Die Messtechnik wird inline-tauglich sein, lässt sich also in bestehende Herstellungsprozesse integrieren“, fasst es Prof. Ralph Gottschalg, Leiter des Fraunhofer CSP, zusammen.

Auch großformatige Dünnschichtmodule zuverlässig bewerten

Die Forscher nutzen neben bestehenden Messverfahren auch verschiedene Analysemethoden wie das hyperspektrale Verfahren. Die spektral aufgelösten Daten geben Rückschlüsse auf Probencharakteristika wie Schichtdicke, Brechungsindizes oder Absorptionskanten. Damit es möglich wird, auf Großformate zu skalieren, wird eine Metrologie-Plattform inklusive prototypischer Messeinrichtung entwickelt. Sie lässt sich für den Einsatz in einer bestimmten Produktionsumgebung individual einrichten. Sämtliche Daten, die mit der Plattform gewonnenen werden, geben dem Anwender eine bessere Kontrolle über den Prozess, was sich schließlich auf den Wirkungsgrad der Module auswirkt.

Da das Halbzeug unterschiedliche Anforderungen an die optische und elektrooptische Charakterisierung bei der Messung bestimmter Schichteigenschaften stellt, werden in dem Forschungsprojekt flexible Messkonzepte und Messkonfigurationen berücksichtigt: „Um die Anwendungen auf den jeweiligen Einsatzzweck und die zu ermittelnde Zielgröße abstimmen zu können, untersuchen wir kleinere Substrate und Halbzeuge, die in Kooperation mit den Projektpartnern gezielt mit typischen Prozessvariationen hergestellt werden“, sagt Dr. Christian Hagendorf, Projektleiter am Fraunhofer CSP. Mithilfe von LED-Beleuchtungseinheiten lassen sich die Oberflächen homogen und spektral selektiv bestrahlen, sodass ein Übertrag vom Labormaßstab auf industrielle Größen ohne Einbußen in der Genauigkeit gewährleistet ist.

Auch die Halbleiterindustrie profitiert

Die gewonnenen Erkenntnisse bei der Materialcharakterisierung, der Entwicklung der eingesetzten Techniken sowie die Messmethoden lassen sich auch auf Projekte aus der Beschichtungs-, Glas- und Halbleiterindustrie übertragen, für die die am Fraunhofer CSP entwickelte Messplattform ebenfalls zur Verfügung steht.

Das Forschungsvorhaben hat eine Projektlaufzeit von drei Jahren und wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert. Assoziierte Projektpartner sind Calyxo, Solibro Hi-Tech, f|glass, Wavelabs, ACM coatings, point electronic, Dosatsu und das Ingenieurbüro Rosonsky.

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