DE10127382A1 - Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Eine Solarzelle ist mit einem Substrat mit zueinander rechtwinkligen Spaltrichtungen (20) und mit auf der Lichtempfangsfläche angeordneten Texturen (8), deren Unterseiten entlang den Spaltrichtungen einander benachbart sind, versehen und dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Texturen entlang mindestens einer Spaltrichtung diskontinuierlich sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit Texturen, die auf einer Lichtempfangsfläche eines Substrats mit zueinander rechtwinkligen Spaltrichtungen angeordnet sind, und ein Ver­ fahren zum Herstellen derselben.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt einer Solarzelle 100. Diese wird im Allgemeinen als NRS/BSF(non-reflective surface/back surface field = nicht reflektierende Oberfläche/Feld an der Rückseite)-Solarbatterie bezeichnet, und sie verfügt über ein p-Siliciumsubstrat 4 mit einer n⁺-Diffusionsschicht 3 auf einer Lichtempfangsfläche, die durch thermische Diffu­ sion eines n-Fremdstoffs hergestellt wird, um auf effektive Weise Ladungsträger durch Lichtenergie zu erzeugen. Auf der n-Diffusionsschicht 3 ist eine Oxidfilmschicht 7 ausgebil­ det, um die Rekombination von Ladungsträgern an der Oberflä­ che zu verringern, und auf einem Öffnungsteil, in dem die Oxidfilmschicht 7 nicht ausgebildet ist, ist eine kammförmi­ ge Oberflächenelektrode 2 ausgebildet, um durch die Ladungs­ träger erzeugte Energie effektiv dadurch zu entnehmen, dass diese Elektrode direkt mit der n⁺-Diffusionsschicht 3 ver­ bunden ist. Ferner ist im Wesentlichen die gesamte Lichtemp­ fangsfläche der Solarzelle 100, mit Ausnahme eines in der Figur nicht dargestellten Anschlussteils für eine n-Elektro­ de, mit einem Reflexionsverhinderungsfilm 10 bedeckt, um Oberflächenreflexion einfallenden Lichts zu verringern.

An der Oberfläche des Substrats 4 sind, wie es später be­ schrieben wird, ungleichmäßige Texturen 8 in Form umgekehr­ ter Pyramiden vorhanden, um die Oberflächenreflexion zu ver­ ringern.

Die n⁺-Diffusionsschicht 3, die Oxidfilmschicht 7 und der Reflexionsverhinderungsfilm 10 werden sequenziell in Über­ einstimmung mit dem Profil der Texturen 8 hergestellt.

Auf der Rückseite des p-Siliciumsubstrats 4 wird durch ther­ mische Diffusion eines p-Fremdstoffs eine p⁺-Diffusions­ schicht 5 zum Erhöhen der Ladungsträgermenge hergestellt, und unter dieser Schicht werden eine Oxidfilmschicht 7 zum Verringern der Kombination von Ladungsträgern und eine Rück­ seitenelektrode 6 zum Reflektieren von Licht langer Wellen­ länge, das aus der Rückseite entweichen will, und zum Ent­ nehmen der erzeugten Elektrizität über im Wesentlichen die gesamte Fläche der Schicht hergestellt. Die p⁺-Diffusions­ schicht 5 und die Rückseitenelektrode 6 sind durch eine in der Figur nicht dargestellte, in der Oxidfilmschicht 7 aus­ gebildete Öffnung miteinander verbunden.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Solarzelle 100 vom NRS/BSF- Typ dienen die auf der Lichtempfangsfläche ausgebildeten Texturen 8 dazu, Vielfachreflexionen des einfallenden Lichts zu ermöglichen, um die Lichtmenge zu erhöhen, die das Innere der Zelle erreicht. Da die Größe, die erzeugte Fläche und die Konfiguration der Texturen großen Einfluss auf die Aus­ gangsleistung haben, da dadurch die erzeugte elektrische Energie beeinflusst wird, ist es ein extrem wichtiger Fak­ tor, wie Texturen 8 nach Größe und Form konfiguriert werden.

Anders gesagt, unterliegt das einfallende Licht, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, aufgrund der Texturen 8 einer Viel­ fachreflexion an der Lichtempfangsfläche, was das Reflexi­ onsvermögen der Oberfläche verringert. Im Ergebnis nimmt die durch das Substrat 4 absorbierte Lichtmenge zu, und so kann eine größere Menge an elektrischem Strom erzeugt werden. Insbesondere im Fall einer Solarzelle zur Nutzung im Welt­ raum, die mit radioaktiver Strahlung (kosmischer Strahlung) bestrahlt wird, wird die mittlere Dicke des Substrats 4 ver­ ringert, wenn es Texturen 8 trägt, und das einfallende Licht wird an der Lichtempfangsfläche gebrochen, wodurch es auf­ grund der Texturen 8 in schräger Richtung auf das Substrat fällt, wodurch die Anzahl der in der Umgebung des pn-Über­ gangs in der Nähe der Oberfläche der Solarzelle erzeugten Ladungsträger zunimmt. Außerdem kann der durch Strahlungsbe­ einträchtigung hervorgerufene Einfluss auf die Lebensdauer der Ladungsträger verringert werden. Demgemäß sind die auf einer größeren Fläche der Lichtempfangsfläche ausgebildeten Texturen 8 hinsichtlich einer Verbesserung der Ausgangsleis­ tung der Solarzelle sehr wirkungsvoll.

Daher weist die herkömmliche Solarzelle 100 Konfigurationen von Texturen 8 auf, wie sie beispielsweise in den Fig. 8, 9, 10(a) und 10(b) dargestellt sind. Fig. 8 ist eine Drauf­ sicht, die die gesamte Solarzelle 100 zeigt; Fig. 9 ist eine vergrößerte Draufsicht, die den durch das Symbol A in Fig. 8 gekennzeichneten Teil zeigt; und Fig. 10(a) ist eine vergrö­ ßerte Draufsicht, die den durch das Symbol B in Fig. 9 ge­ kennzeichneten Teil zeigt. In den Fig. 8 und 9 bezeichnet die Bezugszahl 12 eine Gitterelektrode innerhalb der Ober­ flächenelektrode 2; 16 bezeichnet eine Gusselektrode inner­ halb der Oberflächenelektrode 2, und 14 bezeichnet eine Ver­ binder(Kontaktfleck)elektrode zum Entnehmen elektrischer Ausgangsleistung.

Die Texturen 8 sind mit Ausnahme eines Teils, in dem die Oberflächenelektrode 2 ausgebildet ist und Randteilen der Solarbatterie im gesamten Bereich der Solarzelle 100 gitter­ förmig angeordnet, und die jeweiligen Texturen 8 sind Ver­ tiefungen in Form umgekehrter Pyramiden mit quadratischer Grundfläche, wobei alle Pyramiden dieselbe Größe haben, wie es in Fig. 10(a) dargestellt ist. In den Fig. 10(a) und 10(b) bezeichnet die Zahl 20 im rechten unteren Teil die Spaltrichtungen eines das Substrat 4 bildenden Wafers.

Ferner können, wie es in Fig. 10(b) dargestellt ist, die Texturen 8 abhängig von einer anderen Kristallrichtung des Substrats 4 in einer anderen Richtung ausgebildet sein. Bei diesem Beispiel weicht die Ausbildungsrichtung der Texturen 8 vom in Fig. 10(a) dargestellten Fall um 45° ab.

Um Texturen 8 mit der in den Fig. 10(a) und 10(b) darge­ stellten Form herzustellen, werden herkömmlicherweise z. B. die durch die Fig. 11(a) bis 11(g) veranschaulichten Schrit­ te ausgeführt.

Wie es in Fig. 11(a) dargestellt ist, wird ein Siliciumsub­ strat 4 mit einer Azimutebene (100) hergestellt. Wie es in Fig. 11(b) dargestellt ist, wird auf der Oberfläche des Si­ liciumsubstrats 4 eine Oxidfilmschicht 7 durch thermische Oxidation oder CVD hergestellt. Wie es in Fig. 11(c) darge­ stellt ist, wird ein Resist 15 auf die Ober- und die Unter­ seite der Oxidfilmschicht 7 aufgetragen. Wie es in Fig. 11(d) dargestellt ist, wird der Resist 15 auf der Lichtemp­ fangsfläche mit vorbestimmten Mustern für Texturen und Aus­ richtungsmarkierungen belichtet, worauf ein Entwicklungsvor­ gang folgt, um die Texturmuster und die Ausrichtungsmarkie­ rungen, die in den Figuren nicht dargestellt sind, mit dem Resist 15 auf der Oxidfilmschicht 7 auszubilden.

Wie es in Fig. 11(e) dargestellt ist, wird der überflüssige Teil der Oxidfilmschicht 7 z. B. durch Ätzen entfernt, und dann wird der Resist 15 entfernt, um ein Texturmuster mit der Oxidfilmschicht 7 auf dem Siliciumsubstrat 4 auszubil­ den. Wie es in Fig. 11(f) dargestellt ist, wird das Substrat in diesem Zustand einem Ätzvorgang mit einer Ätzlösung von vorbestimmter Temperatur und vorbestimmter Konzentration, wie einer heißen Alkalilösung, für eine vorbestimmte Zeit­ periode unterzogen. Im Fall des Siliciumsubstrats 4 weisen jeweilige Kristallflächen verschiedene Ätzraten bei Behand­ lung durch ein chemisches Reagens auf, und unter Ausnutzung dieser Differenz können die Texturen 8 in Form kleiner umge­ kehrter Pyramiden durch anisotropes Ätzen ausgebildet wer­ den. Dabei werden die Ausrichtungsmarkierungen so ausgebil­ det, dass sie über konkave Form verfügen (in den Figuren nicht dargestellt). Wie es in Fig. 11(e) dargestellt ist, wird abschließend die Oxidfilmschicht 7 entfernt, wobei die Texturen 8 und die Ausrichtungsmarkierungen verbleiben, die auf der Lichtempfangsfläche des Siliciumsubstrats 4 ausge­ bildet sind.

Die in Fig. 12 perspektivisch dargestellten Texturen 8 in Form umgekehrter Pyramiden können mittels der vorstehend an­ gegebenen Schritte erhalten werden. Die Texturen 8 werden im gesamten Bereich der Lichtempfangsfläche (Oberseite in der Figur) der Solarzelle 100 mit Ausnahme des Teils, in dem die Oberflächenelektrode 2 hergestellt wird, und der Randteile der Zelle ausgebildet. Die n⁺-Diffusionsschicht 3, die Oxid­ filmschicht 7 und der Reflexionsverhinderungsfilm 10 werden anschließend aufeinanderfolgend entsprechend dem Profil der Texturen 8 hergestellt.

Jedoch zeigt die Solarzelle 100 mit den herkömmlichen Textu­ ren 8 solche Probleme, dass sie während der Herstellung un­ ter großen Verwindungen leidet und zur Rissbildung neigt. Die Gründe für diese Probleme werden nachfolgend beschrie­ ben.

Bei der genannten Anordnungsstruktur herkömmlicher Texturen 8 werden, wenn ein Siliciumwafer mit z. B. einer Azimutebene (100) als Substrat verwendet wird, die in den Fig. 10(a) und 10(b) dargestellten Texturen 8 unter Ausnutzung des Vorgangs anisotropen Ätzens kontinuierlich in zwei zueinander recht­ winkligen Richtungen ausgebildet. Da die beiden Richtungen mit Spaltrichtungen des das Siliciumsubstrat 4 bildenden Wa­ fers übereinstimmen, neigt der die Texturen 8 tragende Wafer zu Verwindungen und zu Rissbildung in den Spaltrichtungen im Vergleich zu einem Wafer ohne ausgebildete Texturen. Daher tritt bei der Herstellung von Solarzellen eine Beeinträchti­ gung der Produktivität und eine Verschmutzung der Herstell­ linie durch Bruchstücke von Siliciumsubstraten 4 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle mit einer Texturstruktur, die weniger zu Rissbildung und Verwindung führt, und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Solarzelle durch die Leh­ re des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfah­ rens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 8 gelöst.

Bei der Erfindung wird ein Substrat mit kontinuierlichen Spaltrichtungen in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen verwendet, wie ein Siliciumwafer mit einer Azimutebene (100). Jedoch werden Texturen, die an ihren Unterseiten ein­ ander benachbart sind, so auf der Substratfläche herge­ stellt, dass diese Unterseiten nicht in einer geraden Linie in den zwei Spaltrichtungen ausgerichtet sind, wodurch ein Zerbrechen und ein Verwinden von Solarzellen auch dann un­ terdrückt werden können, wenn herkömmliches anisotropes Ät­ zen verwendet wird.

In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "Textur" eine Form einer nicht reflektierenden Oberfläche, wie sie her­ kömmlicherweise bei Solarzellen verwendet wurde. Die Textu­ ren können eine Oberflächenform aufweisen, die für die Lichtempfangsfläche zu einem Reflexionsvermögen von ungefähr 10% oder weniger hinsichtlich Licht mit einer Wellenlänge von 0,5 bis 1,0 µm sorgt, ohne dass ein Reflexionsverhinde­ rungsfilm vorhanden wäre. Dabei wird auf ein Reflexionsver­ mögen von 100% für eine spiegelnde Oberfläche Bezug genom­ men. Vorzugsweise ist die Oberflächenform dergestalt, dass sie im Wesentlichen kein Licht durch Lichtabsorption reflek­ tiert. Zu Formbeispielen gehören eine quadratische Öffnung mit einer Vertiefung in Form einer umgekehrten Pyramide so­ wie eine Öffnung mit einer Vertiefung in Form einer V-förmi­ gen Nut. Die erfindungsgemäße Solarbatterie verfügt über ei­ ne Struktur mit zahlreichen winzigen Texturen, die auf der Lichtempfangsfläche ausgebildet sind. Die Texturen gemäß der Erfindung können die Form einer umgekehrten Pyramide aufwei­ sen, mit einer Unterseite von rechteckiger oder Vieleckform.

Ferner bedeutet der Begriff "Textur" eine Öffnung, wie sie vorstehend erläutert ist, mit mindestens einer Lichtemp­ fangsfläche.

Der Begriff "diskontinuierliche Unterseiten" bedeutet eine Anordnung von Texturen dahingehend, dass keine gerade Linie von Unterseiten dadurch erzeugt wird, dass die Kanten (Scheitellinien) der Unterseiten aufeinandertreffen würden, so dass also eine Linie der Unterseiten für mindestens eine der Spaltrichtungen des Substrats nicht quer über das gesam­ te Substrat verläuft.

Anders gesagt, reicht es aus, dass für mindestens eine der Spaltrichtungen des Substrats ein Teil existiert, in dem die Unterseiten nicht an ihren Kanten verbunden sind.

Zur Erfindung gehören z. B., hinsichtlich der Größe und der Anordnung der Unterseiten, die folgenden Ausführungsformen für die Anordnung der Texturen.

Bei der durch die Fig. 1(a) und 1(b) veranschaulichten Ausführungsform sind die Unterseiten benachbarter Texturen in einer Spaltrichtung diskontinuierlich, und die Untersei­ ten entlang der Spaltrichtung mit diskontinuierlichen Unter­ seiten weisen dieselbe Länge auf. Bei einer anderen Ausfüh­ rungsform, wie es in den Fig. 2(a) und 2(b) dargestellt ist, verlaufen die Unterseiten benachbarter Texturen in einer Spaltrichtung diskontinuierlich, und die Unterseiten entlang dieser Richtung weisen verschiedene Längen auf. Bei einer weiteren Ausführungsform, wie sie in den Fig. 3(a) und 3(b) dargestellt ist, sind die Unterseiten benachbarter Texturen in einer Spaltrichtung diskontinuierlich, und benachbarte Unterseiten in dieser Richtung weisen verschiedene Längen auf.

Bei den Strukturen der in den Fig. 1(a), 1(b) und 3(a), 3(b) dargestellten Ausführungsformen sind die Texturen in solcher Weise angeordnet, dass die Abweichung benachbarter Texturen in der Richtung, in der die Unterseiten diskontinuierlich sind, 1/2 der Länge der Unterseite einer Textur beträgt. Die Abweichung ist nicht auf 1/2 der Länge der Unterseite einer Textur beschränkt, sondern sie kann beliebig sein.

Bei diesen drei Ausführungsformen kann die Anordnungsrich­ tung der Texturen abhängig vom kristallografischen Azimut­ winkel des das Substrat bildenden Wafers geändert werden. D. h., dass dann, wenn der die Textur bildende Bereich auf einem rechteckigen Substrat ausgebildet wird, die Erfindung nicht nur den Fall beinhaltet, dass die Richtung einer Seite des Substrats mit einer Spaltrichtung übereinstimmt, sondern auch den Fall, dass eine Seite des Substrats einen vorgege­ benen Winkel in Bezug auf eine Spaltrichtung bildet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren ver­ anschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Fig. 1(a) und 1(b), Fig. 2(a) und 2(b) sowie Fig. 3(a) und 3(b) sind Draufsichten von Solarzellen gemäß Ausführungsbei­ spielen der Erfindung zum Veranschaulichen unterschiedlicher Texturen;

Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) sind Schnittansichten zum Veran­ schaulichen von Herstellschritten vor und nach einem Ätzen zum Herstellen von Texturen mit Unterseiten verschiedener Längen, wenn die Linienbreiten des Maskierungsmusters unab­ hängig von der Größe der Texturen gleich sind;

Fig. 5(a) und 5(b) sind Schnittansichten ähnlich denen der Fig. 4, jedoch für den Fall, dass die Linienbreiten eines Maskierungsmusters entsprechend der Größe von Texturen va­ riieren.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer übli­ chen Solarzelle zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Reflexion und Brechung von Licht an der Oberfläche von Texturen zeigt;

Fig. 8 ist eine Draufsicht einer beispielhaften Solarzelle;

Fig. 9 ist eine vergrößerte Draufsicht, die den durch das Symbol A in Fig. 8 gekennzeichneten Teil zeigt;

Fig. 10(a) und 10(b) sind vergrößerte Draufsichten, die den durch das Symbol B in Fig. 9 gekennzeichneten Teil zeigen, wobei es sich um Beispiele für die Struktur von Texturen bei einer herkömmlichen Solarzelle handelt;

Fig. 11(a) bis 11(g) sind Schnittansichten zum Veranschauli­ chen eines beispielhaften Herstellprozesses für Texturen ei­ ner Solarzelle; und

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Solarzelle zeigt.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1(a) und 1(b), 2(a), 2(b) sowie 3(a) und 3(b) sind Texturen auf der Licht­ empfangsfläche eines Substrats mit zueinander rechtwinkligen Spaltrichtungen ausgebildet, wobei ein Bereich 30 auf dem Substrat zum Ausbilden der Texturen rechteckig ist.

In Fig. 1(a) gehören zu den Texturen 8 Texturen 81 in Form einer regelmäßigen Rechteckpyramide mit Unterseiten C der­ selben Länge, die im Texturerzeugungsbereich 30 in vertika­ ler und horizontaler Richtung so ausgebildet sind, dass die Texturen 81 an den Unterseiten C einander benachbart sind, wobei die Unterseiten C in der vertikalen Richtung der Figur diskontinuierlich ausgebildet sind. Anders gesagt, sind die Texturen 81 auf solche Weise angeordnet, dass die Untersei­ ten C in einer der Spaltrichtungen 20 nicht in gerader Linie ausgerichtet sind.

Für die Abweichungslänge der Texturen 8 besteht keine spe­ zielle Beschränkung; in Fig. 1(a) ist ein Fall dargestellt, bei dem diese Abweichung 1/2 der Länge der Unterseite C be­ trägt. Durch diese Längenabweichung können Rissbildung und Verwindung einer Solarzelle wirkungsvoll verhindert werden.

In Fig. 2(a) gehören zu den Texturen 8 Texturen 82 und 83 mit jeweils der Form einer regelmäßigen quadratischen Pyra­ mide mit Unterseiten C1 und C2 verschiedener Längen, die im Texturerzeugungsbereich 30 in vertikaler und horizontaler Richtung so angeordnet sind, dass die Texturen 82 und 83 mit den Unterseiten C1 und C2 jeweils benachbart sind. Die Un­ terseiten C1 und C2 sind in vertikaler Richtung der Figur diskontinuierlich ausgebildet.

Anders gesagt, sind durch benachbartes Anordnen dar größeren Texturen 82 in vertikaler Richtung erzeugte Linien und durch benachbartes Anordnen der kleineren Texturen 83 erzeugte Li­ nien in der Figur abwechselnd enthalten. Dadurch sind die Texturen 82 und 83 auf solche Weise angeordnet, dass die Un­ terseiten C1 und C2 in mindestens einer der Spaltrichtungen 20 keine gerade Linie bilden.

Die Abweichungslänge der Texturen 82 und 83 variiert abhän­ gig von der Längendifferenz der Unterseiten C1 und C2.

In Fig. 3(a) gehören zu den Texturen 8 Texturen 84 und 85 mit jeweils der Form einer regelmäßigen quadratischen Pyra­ mide mit Unterseiten C3 und C4 verschiedener Längen im Tex­ turerzeugungsbereich 30 in vertikaler und horizontaler Rich­ tung auf solche Weise, dass jeweils benachbarte Texturen 84 und 85 an den Unterseiten C3 und C4 benachbart sind, und die Unterseiten C3 und C4 in der vertikalen Richtung und der ho­ rizontalen Richtung der Figur sind diskontinuierlich ausge­ bildet.

Anders gesagt, sind die größeren Texturen 84 und die kleine­ ren Texturen 85 so angeordnet, dass sie zwar einander umge­ ben, jedoch in der horizontalen Richtung nicht kontinuier­ lich angeordnet sind. Die Unterseite C4 der Texturen 85 ver­ fügt über eine Länge, die halb so groß ist die Unterseite C3 der Texturen 84, und die Texturen 84 und 85 sind auf solche Weise angeordnet, dass die Unterseiten C3 und C4 in beiden Spaltrichtungen 20 nicht in einer geraden Linie ausgerichtet sind.

Für die Längenabweichung der Texturen 84 und 85 besteht kei­ ne spezielle Beschränkung, und dann, wenn sie 1/2 der Länge der Unterseite C3 beträgt, wie in Fig. 3(a) dargestellt, kann ein Auftreten von Rissen und Verwindungen einer Solar­ zelle wirkungsvoll verhindert werden.

Es existieren Fälle, bei denen die Anordnungsrichtung der Texturen abhängig von der kristallografischen Azimutebene des das Substrat bildenden Wafers geändert wird. Wenn die Richtung einer Seite des Bereichs 30 zum Erzeugen der Textu­ ren 8 (81 bis 85) mit der Spaltrichtung übereinstimmt, wie bei den in den Fig. 1(a), 2(a) und 3(a) dargestellten Aus­ führungsbeispielen, ist es auch möglich, dass die Richtung einer Seite des Bereichs 30 zum Erzeugen der Texturen 8 (81 bis 85) einen vorgegebenen Winkel zur Spaltrichtung 20 bil­ det.

Wenn die Texturen, die an ihren Unterseiten C, C1, C2, C3 und C4 einander benachbart sind, an der Oberfläche eines Substrats mit den Spaltrichtungen 20 in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen kontinuierlich ausgebildet sind, wie es durch die vorigen Ausführungsbeispiele angegeben ist, ist verhindert, dass die Unterseiten in den zwei Spaltrich­ tungen 20 in einer geraden Linie angeordnet sind, wodurch das Auftreten von Rissbildung und Verwindung einer Solarzel­ le verhindert werden können. Eine derartige Anordnung von Texturen 8 kann dadurch ausgebildet werden, dass herkömmli­ ches anisotropes Ätzen genutzt wird, wobei nur das Muster einer Glasmaske geändert wird, wie es später beschrieben wird.

Die in den Fig. 1(a), 1(b), 2(a), 2(b), 3(a) und 3(b) darge­ stellten Texturen 8 können durch die Herstellschritte für die herkömmlichen Texturen 8, wie durch die Fig. 11(a) bis 11(g) veranschaulicht, hergestellt werden, jedoch ist die Form des verwendeten Maskierungsmusters verschieden von der herkömmlichen Form. Nachfolgend werden Herstellschritte bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Die Fig. 4(a) bis 4(c) sowie 5(a) und 5(b) sind Schnittan­ sichten zum Veranschaulichen von Schritten vor und nach dem Ätzen zum Herstellen von Texturen mit verschiedenen Größen (z. B. die in den Fig. 2(a), 2(b), 3(a) und 3(b) dargestell­ ten Texturen 82 bis 85) durch den in Fig. 11(f) veranschau­ lichten Ätzschritt für ein Siliciumsubstrat 4.

Die Fig. 4(a) bis 4(c) zeigen den Fall, dass zum Herstellen der Texturen 8 eine Oxidfilmschicht 7 als Maskierungsmuster verwendet wird, das unabhängig von der Größe der Texturen 8 dieselbe Linienbreite d aufweist; und die Fig. 5(a) und 5(b) zeigen den Fall, dass die Linienbreite der Oxidfilmschicht 7 entsprechend der Größe der Texturen 8 auf d1 und d2 (d1 < d2) eingestellt wird.

Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, erfolgt ein Ätzprozess für den durch durchgezogene Linien dargestellten Teil im Zu­ stand, in dem die Oxidfilmschicht 7 als Maskierungsmuster mit derselben Linienbreite d auf dem Siliciumsubstrat 4 aus­ gebildet ist; wenn Böden 80a und 80b auftreten, beginnt der Ätzvorgang in vertikaler Richtung abzulaufen. Dabei ändert sich, da die durch das Ätzen freigelegte Ebene (111) eine größere Ätzrate als die Ebene (100) (in den Figuren nicht dargestellt) zeigt, die Ätzrate, die bis dahin konstant war, in solcher Weise, dass die horizontale Ätzrate größer als die nach unten ist. Dann wird der Ätzvorgang fortgeführt, bis die durch die gestrichelten Linien gekennzeichneten Scheitellinien der Rechteckpyramiden erzeugt werden, und in diesem Fall führt das horizontale Ätzen der kleineren Textu­ ren, z. B. der Texturen 83, zu einem Überätzen, wenn das Ätzen der größeren Texturen, z. B. der Texturen 82, abge­ schlossen ist, wodurch die Scheitellinien der kleineren Tex­ turen 83 verlorengehen. Im Ergebnis kann nach dem Entfernen der Oxidfilmschicht 7 die konzipierte Texturform für die kleineren Texturen 83 nicht erzeugt werden, wie es in Fig. 4(b) und vergrößert in Fig. 4(c) dargestellt ist, wodurch die Ausgangsleistung geringfügig abnimmt und ein Fehler im Aussehen auftritt.

Wenn dagegen die Linienbreite der Oxidfilmschicht 7 auf d1 und d2 (d1 < d2) geändert wird, wie es in den Fig. 5(a) und 5(b) dargestellt ist, verläuft der Ätzvorgang bis zum durch die durchgezogenen Linien dargestellten Teil im Zustand, in dem die Oxidfilmschicht 7 als Maskierungsmuster mit ver­ schiedenen Linienbreiten auf dem Siliciumsubstrat 4 ausge­ bildet ist, und wenn die Böden 80a und 80b erscheinen, fängt der Ätzvorgang in vertikaler Richtung an abzulaufen. Dabei ändert sich die Ätzrate, die bis dahin konstant war, in ei­ nen Zustand, in dem die horizontale Ätzrate größer als die nach unten ist. Dann wird das Ätzen fortgeführt, bis die durch die gestrichelten Linien dargestellten Scheitellinien der Rechteckpyramiden ausgebildet werden. In diesem Fall kann, da die Linienbreite d2 der Oxidfilmschicht 7 für die kleineren Texturen 83 größer als die Linienbreite d1 der Oxidfilmschicht 7 für die größeren Texturen 82 ist, der Ätz­ vorgang für die kleineren Texturen 83 gleichzeitig mit dem für die größeren Texturen 82 abgeschlossen werden. Daher wird der Teil der Texturen 83 nicht überätzt. Im Ergebnis weisen die Texturen 82 und 83 nach dem Entfernen der Oxid­ filmschicht 7 die konzipierten Formen auf, wie in Fig. 5(b) dargestellt.

Wie vorstehend beschrieben, können bei der Herstellung einer Solarzelle mit einem Substrat 4 mit größeren Texturen 82 und kleineren Texturen 83 mit Unterseiten verschiedener Längen, die in der Lichtempfangsfläche des Substrats mit zueinander rechtwinkligen Spaltrichtungen mittels eines Maskenmusters hergestellt werden, Texturen 83 ohne Überätzen auf solche Weise erhalten werden, dass ein Maskierungsmuster durch eine Oxidfilmschicht 7 hergestellt wird, das in einem Bereich zum Herstellen der kleineren Texturen 83 eine Linienbreite d2 aufweist, das größer als die Linienbreite d1 des Maskie­ rungsmusters im Bereich zum Herstellen der größeren Texturen 82 ist. Das Substrat wird unter Verwendung dieses Maskie­ rungsmusters geätzt. Die in den Fig. 3(a) und 3(b) darge­ stellten Texturen 84 und 85 können auch so erhalten werden, dass sie konzipierte Formen ähnlich dem vorstehenden Fall aufweisen, wenn die Linienbreite des Maskierungsmusters ent­ sprechend eingestellt wird.

Eine erfindungsgemäße Solarzelle wurde unter Verwendung ei­ nes Substrats 4 mit diesen auf ihm hergestellten Texturen hergestellt. Dazu wurden auf der Lichtempfangsfläche des Substrats 4 eine n-Fremdstoffdiffusionsschicht 3 (oder eine p-Fremdstoffdiffusionsschicht), eine Vorderseitenelektrode 2, ein Oxidfilm 7 und ein Antireflexionsfilm 10 hergestellt, und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche wurde eine p-Fremd­ stoffdiffusionsschicht 5 (oder eine n-Fremdstoffdiffusions­ schicht), ein Oxidfilm 7 und eine Rückseitenelektrode 6 her­ gestellt.

Wie vorstehend beschrieben, kann durch das Ausführungsbei­ spiel der Erfindung eine Solarzelle mit elektronischen und optischen Eigenschaften wie bei herkömmlichen Erzeugnissen hergestellt werden, die jedoch nur kleine Verwindung zeigt und bei der Herstellung und Handhabung kaum zerbricht, selbst wenn eine Vorrichtung entsprechend einer solchen, wie sie für den herkömmlichen Prozess verwendet wird, eingesetzt wird.

Während die Ausführungsbeispiele der Erfindung für eine So­ larzelle unter Verwendung eines p-Siliciumsubstrats be­ schrieben wurden, kann sie bei einer Solarzelle mit einem n-Substrat und anderen Substraten als einem Silicium-Ein­ kristall angewandt werden, wie z. B. mit GaAs. Während die Ausführungsbeispiele der Erfindung für eine Siliciumsolar­ zelle von NRS/BSF-Typ beschrieben wurden, kann sie z. B. auch bei einer Siliciumsolarzelle vom NRS/LBSF-Typ angewandt werden. Eine erfindungsgemäße Solarzelle kann sowohl im Weltraum als auch auf der Erde eingesetzt werden.

Um die Anordnung von Texturen mit diskontinuierlichen Unter­ seiten entlang mindestens einer Spaltrichtung zu erzeugen, wird das Maskierungsmuster so hergestellt, dass die diskon­ tinuierlichen Unterseiten entlang der Spaltrichtung ver­ schiedene Längen aufweisen, wozu die Breite d1 einer Linie des Maskierungsmusters, die in einem Bereich zum Herstellen einer Textur 82 mit kürzerer Unterseite liegt, kleiner als die Breite d2 einer Linie des Maskierungsmusters ist, die in einem Bereich zum Herstellen einer Textur 83 mit längerer Unterseite liegt. Dadurch wird die Ätzgeschwindigkeit so eingestellt, dass beim Herstellen von Texturen verschiedener Größen, d. h. Texturen mit verschiedenen Unterseiten, ein Überätzen verhindert werden kann und die Ausbeute verbessert werden kann.

Wenn die Texturen bei einer erfindungsgemäßen Solarzelle auf einer Oberfläche eines Substrats mit zwei zueinander recht­ winkligen kontinuierlichen Spaltrichtungen hergestellt wer­ den, wird verhindert, dass die Texturen in den beiden Spalt­ richtungen in einer geraden Linie ausgerichtet sind, wodurch ein Zerbrechen und Verwinden einer Solarzelle unterdrückt werden können, obwohl herkömmliches anisotropes Ätzen ver­ wendet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle wird die Produktivität der Solarzellenherstellung verbessert, und die sich ergebende Solarzelle kann besser gehandhabt werden, da sie weniger zu Rissbildung neigt.

Claims (9)

1. Solarzelle mit einem Substrat (4) mit zueinander recht­ winkligen Spaltrichtungen (20) und mit auf der Lichtemp­ fangsfläche angeordneten Texturen (8), deren Unterseiten entlang den Spaltrichtungen einander benachbart sind, da­ durch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Texturen ent­ lang mindestens einer Spaltrichtung diskontinuierlich sind.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten in einer der Spaltrichtungen diskonti­ nuierlich sind und die Unterseiten (C, C) entlang der Spalt­ richtung mit diskontinuierlicher Anordnung dieselbe Länge aufweisen.

3. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten in einer der Spaltrichtungen diskonti­ nuierlich sind und die Unterseiten (C1, C2) entlang der Spaltrichtung mit diskontinuierlicher Anordnung verschiedene Länge aufweisen.

4. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten in beiden Spaltrichtungen diskonti­ nuierlich sind, wobei die Unterseiten (C3, C4) entlang die­ sen Richtungen verschiedene Längen aufweisen.

5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Texturen (8) so angeordnet sind, dass sie in der Spaltrichtung mit diskontinuierlicher Anord­ nung um 1/2 der Länge der Unterseite voneinander abweichen.

6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) rechteckig ist und ei­ ne Seite desselben einen vorgegebenen Winkel zur Spaltrich­ tung bildet.

7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) auf seiner Lichtemp­ fangsfläche über eine Diffusionsschicht (3) vom p- oder n- Typ, eine Oxidfilmschicht (7) und eine Vorderseitenelektrode (2) verfügt und auf seiner Nicht-Lichtempfangsfläche über eine Diffusionsschicht (5) vom n- oder p-Typ und eine Rück­ seitenelektrode (6) verfügt.

8. Verfahren zum Herstellen von Texturen einer Solarzelle mit den folgenden Schritten:

• - Herstellen einer Oxidfilmschicht auf einer Lichtempfangs­ fläche eines Substrats mit zueinander rechtwinkligen Spalt­ richtungen;
• - Herstellen eines Maskenmusters der Oxidfilmschicht unter Verwendung eines Fotoresists; und
• - Ätzen der Lichtempfangsfläche des Substrats unter Verwen­ dung das Maskierungsmusters, um dadurch eine Anordnung von Texturen (8) auf der Oberfläche des Substrats auszubilden;
• - dadurch gekennzeichnet, dass das Maskierungsmuster so ausge­ bildet wird, dass die Unterseiten der Texturen entlang den Spaltrichtungen benachbart sind, wobei jedoch die Untersei­ ten entlang mindestens einer der Spaltrichtungen diskonti­ nuierlich sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden einer Anordnung von Texturen mit diskontinu­ ierlichen Unterseiten entlang mindestens einer Spaltrichtung das Maskierungsmuster so ausgebildet wird, dass die diskon­ tinuierlichen Unterseiten entlang der Spaltrichtung ver­ schiedene Längen aufweisen und die Linienbreite des Maskie­ rungsmusters in einem Bereich zum Herstellen einer Textur mit kürzerer Unterseite größer als die Linienbreite des Mas­ kierungsmusters in einem Bereich zum Herstellen einer Textur mit längerer Unterseite ist.