Nanotechnology Cluster Programme

PICOSUN PRESS RELEASE

Suomalainen, maailmanlaajuisesti toimiva huippuluokan atomikerroskasvatusjärjestelmien (ALD = Atomic Layer Deposition) suunnittelija ja valmistaja Picosun Oy raportoi menestyksekkäistä lopputuloksista Euroopan Unionin seitsemännen puiteohjelman projektissa ROD-SOL. Tämän kolmivuotisen (2009-2011), monikansallisen, sekä tieteellisistä että teollisista toimijoista koostuvan tutkimusprojektin tavoite oli parantaa ratkaisevasti aurinkokennojen suorituskykyä sekä alentaa niiden valmistuskustannuksia. Tavoite saavutettiin täysin uudenlaisella, innovatiivisella, piinanosauvoihin (silicon nanorods) perustuvalla kennoratkaisulla, jossa aktiivisen kennomateriaalin (pii) määrää voidaan merkittävästi pienentää kasvattamalla valoa absorboivat nanosauvametsät (korkeus alle mikrometristä korkeintaan muutamaan mikrometriin) edullisemmille substraateille kuten lasille tai taipuisille kalvoille. Tällä kennoratkaisulla onkin saavutettu jo lupaavia yli 9 % hyötysuhteita ja erittäin hyvä kennon pitkäaikaisstabiilisuus. Koska nanosauvametsät ovat käytännössä kolmiulotteisia, on niissä huomattavasti enemmän valoa absorboivaa pinta-alaa kuin tavanomaisissa kaksiulotteisissa tasomaisissa kennoissa. Koska myös p-n –liitos on huomattavasti lähempänä pintaa kuin tavallisissa aurinkokennoissa, vähemmistövarauksenkuljettajien talteenotto helpottuu ja näin ollen kennosta saadaan ulos entistä enemmän virtaa.

Nanosauvametsien mikro/nanometriluokan dimensioista (tiivis pakkautuminen, nanosauvojen halkaisija muutamia satoja nanometrejä ja korkeus alle mikrometrin) johtuen ALD on osoittautunut ideaaliseksi menetelmäksi kennon keskeisten komponenttien valmistuksessa. Varausten kuljettajien rekombinaatiosta johtuvan kennon hyötysuhteen laskun eliminoimiseksi tulee nanotangot pinnoittaa erityisellä rekombinaationestokerroksella. Ultraohut, ALD:llä valmistettu Al₂O₃-kalvo on tähän optimaalinen ratkaisu.

ALD mahdollistaa kaasufaasissa tapahtuvana, pintakontrolloituna ja itseohjautuvana prosessina aina tasaisen, konformaalisen, reiättömän ja virheettömän kalvon kasvun kapeimpiinkin ja mutkaisimpiinkin nanosauvojen väleihin. Toinen keskeinen kennokomponentti, minkä valmistamisessa ALD on osoittautunut korvaamattomaksi, on virrankeräimenä kennon yläpinnassa toimiva läpinäkyvä johdekerros (transparent conductive oxide, TCO). Projektin aikana tutkittiin eri tekniikoita TCO-kerroksen valmistamiseksi, ja ALD todettiin ideaaliseksi menetelmäksi sekä TCO-kalvon laadun että valmistusprosessin skaalattavuuden kannalta. Tämän mahdollisti Picosunin nopea, tehokas ja helppokäyttöinen eräajo-ALD-laitteisto, joka kehitettiin ROD-SOL –projektin puitteissa.

“Aurinkoenergiateollisuus on edelleen yksi maailman nopeimmin kasvavista teollisuuden aloista. Mahdollistaaksemme aurinkoenergian entistä tehokkaamman hyödyntämisen, kennojen hyötysuhteita on saatava nostettua ja valmistuskustannuksia madallettua. ROD-SOL:issa kehitetty, piin nanorakenteisiin perustuva kennoteknologia on eräs lupaava vaihtoehto, ja me Picosunilla olemme erityisen tyytyväisiä ALD:n keskeiseen rooliin tämän uuden, innovatiivisen ja korkean hyötysuhteen aurinkokennon valmistamisessa”, toteaa Picosunin toimitusjohtaja Juhana Kostamo.

Suomesta käsin maailmanlaajuisesti toimiva Picosun Oy kehittää ja valmistaa huippuluokan ALD-järjestelmiä mikro- ja nanoteknologiateollisuuden tarpeisiin. Picosuniin kiteytyy paras tietotaito suomalaisen ALD-innovaation  alkuhetkistä lähtien. Tänä päivänä Picosun edustaa lähes neljän vuosikymmenen jatkuvaa, omistautunutta ja nousujohteista keskittymistä yksinomaisesti ALD-teknologiaan. PICOSUN™ ALD-laitteet ovat päivittäisessä tuotantokäytössä usealla eri teollisuuden alalla neljässä maanosassa. Picosun Oy on osa Stephen Industries Inc –konsernia. Picosunin pääkonttori sijaitsee Espoossa, tuotantotilat Kirkkonummella ja Yhdysvaltain pääkonttori Detroitissa, Michiganissa.


* * *

Picosun Oy, Finland-based global manufacturer of state-of-the-art Atomic Layer Deposition (ALD) equipment, reports successful final results of the European Union 7^th Framework Programme funded research project ROD-SOL. The goal of this multinational, inter-European, three years (2009-2011) project combining the efforts of both scientific and industrial partners has been to dramatically increase the efficiency of solar cells and reduce the costs of their manufacturing. This has been achieved with novel, innovative, silicon nanorod based concept. The amount of active photovoltaic material (Si) can be significantly reduced by growing the light-trapping nanorod “forests” (thickness from < 1μm to a few μm at most) on cheaper substrates such as glass or flexible foils. This has led to already promising over 9 % energy conversion efficiencies with very good long-term stabilities of cells. Due to their effectively 3D geometry, the nanorod forests have high active surface area which enables efficient light absorption – much more efficient than in convenient 2D thin film solar cells. Also, the location of the p-n junction much closer to the surface than in normal solar cells radically improves the minority carrier charge transport and thus the amount of electricity that can be extracted from the cell.

Due to the micrometer/sub-micrometer dimensions of the nanorod forests (dense packing, rod diameters typically few hundreds of nm and lengths < 1 μm) ALD has proven to be ideal technique for manufacturing some of the most crucial cell components. To prevent recombination losses in the active photovoltaic layer and thus cell efficiency decrease, a recombination barrier i.e. passivation layer needs to be coated on the rods’ surface. An ultrathin ALD-deposited Al₂O₃ film serves ideally this purpose, and the gas-phase, surface-controlled and self-limiting nature of the ALD process ensures that even the deepest and narrowest between-the-rods nooks and crannies will be reliably covered with 100 % uniform, conformal and pinhole- and defect-free passivation film. Another central cell component where ALD has shown its indispensability is the transparent conductive oxide (TCO) layer that works as the current collector on the top of the cell. Different TCO deposition methods were investigated in the course of the project, and ALD turned out to be the ideal method regarding both the TCO film quality and the scalability of the technique, due to Picosun’s fast, efficient and easy-to-use HVM (High Volume Manufacturing) batch ALD system, which was developed specifically during the project ROD-SOL.

“Solar photovoltaics still remains one of the fastest growing industries in the world. To enable more efficient utilization of this free, clean energy, the efficiencies of the solar cells have to increase and their manufacturing costs decrease. ROD-SOL’s silicon nanorod cell concept shows promising potential to this, and we at Picosun have been especially satisfied of the ALD’s central role in realizing this novel, innovative, high efficiency solar electricity converter”, states Picosun’s Managing Director Juhana Kostamo.

Picosun Oy is Finnish, globally operating manufacturer of state-of-the-art ALD systems, representing continuity to almost four decades of dedicated, exclusive ALD reactor design and manufacturing. Picosun’s global headquarters are located in Espoo, Finland, its production facilities in Masala, Kirkkonummi, and its US headquarters in Detroit, Michigan. PICOSUN™ ALD tools are chosen for production by various industries across four continents. Picosun Oy is a part of Stephen Industries Inc. Oy.

More information:
- Juhana Kostamo, toimitusjohtaja, juhana.kostamo@picosun.com tel. +358 50 321 1955