IR-Spektroskopie Analyse von Solarsilizium mittels IR-Spektroskopie

In Zeiten der Abkehr von fossilen Brennstoffen, steigt die Bedeutung erneuerbarer Energien und mit ihr die Nachfrage nach Photovoltaikprodukten. Die Herstellung von Solarsilizium ist ein energieaufwändiger Prozess und erfordert die zuverlässige Inspektion mithilfe von schnellen und empfindlichen Analysengeräten.

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Seit einiger Zeit gewinnen Formen der Energieproduktion, die nicht auf Kohlenwasserstoffen beruhen, stark an Bedeutung. Damit nimmt auch das Interesse an Solarsiliziumprodukten und ihren Anwendungsmöglichkeiten zu. Für die Produktion von Solarzellen muss Rohsilizium weiter zum Solarsilizium gereinigt werden. Dies ist ein energieaufwändiger Prozess, dessen Ergebnis auch durch eine zuverlässige Analytik kontrolliert und gesichert werden muss. Das schafft Bedarf an schnellen, empfindlichen und wohldefinierten Analyseinstrumenten. Die Infrarot-Spektroskopie ist eine leistungsstarke Analysetechnik, um die Qualität von Silizium und Silizium-Wafern in der Halbleiterindustrie zu prüfen und sicherzustellen. Für Silizium, das in der Elektronikbranche Verwendung findet, entwickelte die ASTM (American Society for Testing and Materials) eine große Zahl definierter Testverfahren, die jetzt unter der Verwaltung der SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International, internationaler Branchenverband der Hersteller von Siliziumprodukten) stehen. Zwar unterscheiden sich die Anforderungen an Silizium für photovoltaische Solarzellen geringfügig von denen an Silizium in der Elektronik, doch bestehen zahlreiche Ähnlichkeiten hinsichtlich der Materialspezifikationen.

Herstellung von Silizium

Einer der wichtigsten Aspekte bei der Siliziumherstellung ist die Bestimmung des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalts im Silizium. Während des Kristallwachstums gehen unterschiedliche Mengen an Sauerstoff und Kohlenstoff aus den Quarztiegeln und Graphitheizelementen in das geschmolzene Silizium über. Wenn der Barren aus der Schmelze genommen wird und das Silizium aushärtet, werden diese Verunreinigungen in das Kristallgitter eingebaut. Da die Kohlenstoffatome bei diesem Prozess Positionen im Kristallgitter belegen, an denen sich normalerweise Silizium-atome befinden müssten, bezeichnet man diese Art der Verunreinigung als Substitution. Darüber hinaus nehmen Sauerstoff-atome in der Gitterstruktur Positionen zwischen den Siliziumatomen ein und bilden damit so genannte interstitielle Verunreinigungen. Unterschiedliche Mengen von interstitiellem Sauerstoff (Oi) im Silizium können mit unterschiedlichen physikalischen und elektrischen Wirkungen in Zusammenhang gebracht werden. Diese Wirkungen gilt es unter Kontrolle zu bringen. Daher muss die Oi-Konzentration in den Wafern, die bei der Weiterverarbeitung zum Einsatz kommen sollen, überwacht werden. Für substitutionellen Kohlenstoff (Cs) konnten zwar keine direkten Wirkungen nachgewiesen werden, aber zahlreiche Experimente deuten darauf hin, dass das Cs das Verhalten des Oi beim Erhitzen des Siliziums im Rahmen der üblichen Temperaturzyklen in der Siliziumverarbeitung beeinflusst. Kohlenstoff kann unter Umständen zur Bildung von Defekten und Wirbeln führen und eine Ausfällung des Sauerstoffs begünstigen.

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