DE10150040A1 - Kombinierte Ätz- und Dotiermedien - Google Patents

Kombinierte Ätz- und Dotiermedien

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DE10150040A1
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doping
solar cells
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Sylke Klein
Armin Kuebelbeck
Werner Stockum
Wilfried Schmidt
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits HF/Fluorid-freie Ätz- und Dotiermedien, welche sowohl zum Ätzen von anorganischen Schichten als auch zum Dotieren darunter liegender Schichten geeignet sind. Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, in dem diese Medien eingesetzt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einerseits HF/Fluorid-freie Ätz- und Dotiermedien, welche sowohl zum Ätzen von anorganischen Schichten als auch zum Dotieren darunter liegender Schichten geeignet sind. Andererseits betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren, in dem diese Medien eingesetzt werden.
  • Definitionsgemäß bezieht sich der Begriff "Solarzelle" im folgenden auf mono- und multi-kristalline Silizium-Solarzellen, unabhängig von Solarzellenlypen, die auf anderen Materialien basieren.
  • Die Wirkungsweise einer Solarzelle beruht auf dem fotoelektrischen Effekt, d. h. auf der Umwandlung von Photonenenergie in elektrische Energie.
  • Für Siliziumsolarzellen wird dazu bereits dotiertes Silizium- Grundmaterial (meist p-dotiertes Si) mit den entgegengesetzten ungleichnamigen Ladungsträgern dotiert (z. B. Phosphor-Dotierung führt zur n+-Leitung), d. h. es wird ein p-n-Übergang erzeugt.
  • Bei Eintrag von Photonenenergie in die Solarzelle (Sonneneinstrahlung) werden an diesem p-n-Übergang Ladungsträger erzeugt, was zu einer Verbreiterung der Raumladungszone und zur Spannungserhöhung führt. Die Spannung wird durch Kontaktierung der Solarzelle abgegriffen und der Solarstrom zum Verbraucher abgeleitet.
  • Die typische Prozessfolge zur Herstellung von Solarzellen besteht vereinfacht dargestellt in:
    • 1. Texturierung der Vorderseite der p-dotierten Si-Scheiben
    • 2. n+-Dotierung (meist mit Phosphor)
    • 3. Ätzung des PSG (Phosphorsilikatglas)
    • 4. Passivierungs-/Antireflexbeschichtung mit Siliziumoxid- oder Siliziumnitridschichten
    • 5. Metallisierung von Vorder- und Rückseite
  • Zur weiteren Betrachtung der Erfindung ist eine ausführlichere Darstellung des Schrittes 4 notwendig.
  • Bei einigen - historisch gesehen - älteren Produktionsverfahren wird die Passivierungsschicht über die Bildung einer thermisch erzeugten SiO2- Schicht realisiert [A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, S. 109]. Die Funktionsweise besteht darin, dass die ungesättigten Bindungen auf der Si-Oberfläche zum größten Teil abgesättigt und dort unwirksam gemacht werden. Damit werden die Störstellendichte und Rekombinationsrate gesenkt. Durch die Einstellung der SiO2- Schichtdicke auf ca. 100 nm (= λ/4-Regel) wird zusätzlich eine reflexionsmindernde Oberfläche erzeugt.
  • Aus der Literatur ist des weiteren die Beschichtung mit TiO2-Schichten bekannt, die zwar nur einen geringen Passivierungs-Effekt zeigen, aber aufgrund des höheren Brechungsindexes deutlich zur Reflexionsminderung einer Solarzelle beitragen können [A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, S. 134].
  • Für die Herstellung hocheffizienter Solarzellen hat sich in der Praxis insbesondere der Einsatz von Siliziumnitrid-Schichten als Passivierungsschicht als besonders vorteilhaft erwiesen. Bekannt sind die hervorragenden Passivierungseigenschaften aus der Halbleitertechnologie, z. B. als Barriere-, Passivierungsschichten in integrierten Schaltkreisen, FET, Kondensatoren usw.
  • Für die Anwendung in der Solarzellenherstellung, insbesondere zur Volumenpassivierung von multikristallinem Silizium, wird Siliziumnitrid mit einem hohen Wasserstoffgehalt von 2,8 × 1022 cm3 auf die Rückseite der Zelle aufgebracht. Bei 820°C diffundiert der Wasserstoff ins Volumen und erhöht damit die Minoritätslebensdauer. Zur Emitterpassivierung wird Siliziumnitrid bei 625°C in Formiergasatmosphäre getempert und führt zu einer Verbesserung der spektralen Empfindlichkeit im UV- Bereich.
  • Neben seinem guten Passivierungsverhalten weist Siliziumnitrid hervorragende Antireflexeigenschaften auf. Der Brechungsindex der im Plasma erzeugten Siliziumnitridschichten (PECVD) umfasst gegenüber Siliziumoxid mit n = 1,4-1,5 einen weiten Bereich von n = 1,6-2,7. Zudem ist die Lichtabsorption von Siliziumnitrid im sichtbaren Bereich sehr gering. [R. Hezel, Gmelin Handbook, Sci. Suppl. Vol. B 5c, S. 321]
  • Diese Schichten werden üblicherweise über plasma-enhanced oder low pressure CVD-Verfahren (PECVD bzw. LPCVD) aus z. B. Silan und Ammoniak mit einer Schichtdicke von ca. 70 nm erzeugt. Im gewählten Schichtdickenbereich werden neben den ausgezeichneten geringen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten [A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, S. 110; A. Ehrhardt, W. Wettlind, A. Bett, J. Appl. Phys. A53, 1991, S. 123] auch reflexmindernde Schichten im λ/4 Bereich erzeugt. In [US Patent 4,751,191] ist dieses Verfahren näher beschrieben.
  • Nach dem Stand der heutigen Technik stellt die Beschichtung einer mono- oder multi-kristallinen Solarzelle mit Siliziumnitrid das beste Verfahren zur Oberflächenpassivierung und Reflexionsminderung dar. Es wird in neueren Produktionslinien mittlerweile in der Massenfertigung eingesetzt.
  • Vorteilhaft für die Wirkungsgradsteigerung hat sich in Laborversuchen erwiesen, die Gebiete unter den Kontakten der Emitterseite höher als das umgebende n+-Gebiet zu dotieren d. h. mit Phosphor eine n++ -Diffusion vorzunehmen. Diese Strukturen werden als selektiver oder Zweistufen-Emitter bezeichnet [A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, S. 115, S. 141]. Die Dotierung im n+-Gebiet liegt dabei in einer Größenordnung von 1018 cm3 und im n++-Gebiet im Bereich von ca. 1020 cm-3. Mit derartigen hocheffizienten Solarzellen werden im Labormaßstab Wirkungsgrade bis zu 24% erzielt.
  • Um diese, für den selektiven Emitter unterschiedlich stark dotierten Bereiche zu erhalten, sind in der Literatur mehrere Verfahren beschrieben, die alle auf einem Strukturierungs-Schritt basieren. Hierbei werden, zumeist durch Anwendung von fotolithografischen Methoden, in SiO2- Schichten - die eine Dotierung des darunter liegenden Siliziums in der Dampfphase verhindern - gezielt Öffnungen aufgebracht, die eine lokale Dotierung ermöglichen. Diese Dotierung wird zumeist in der Gasphase mit POCl3 oder PH3 durchgeführt. Die Dotierfenster werden in das SiO2 mit Flusssäure bzw. gepufferter Flusssäure geätzt.
  • Aufgrund der sehr aufwendigen und teuren Prozessführung sind diese Verfahren nicht über das Laborstadium hinaus realisiert worden.
  • Ein anderes Verfahren beruht auf dem Abätzen der n++-Gebiete mit einer Ätzmischung aus Flusssäure und Salpetersäure, bei gleichzeitiger Maskierung der späteren Kontaktbereiche. Auch dieses Verfahren hat sich in der Praxis wegen seiner aufwendigen Verfahrensweise nicht durchsetzen können.
  • All diesen Verfahren ist gemein, dass mit Flusssäure bzw. Salzen der Flusssäure die Passivierungsschicht lokal geöffnet werden muss. Zudem muss nach einem Spül- und Trocknungsschritt eine Dotierung in der Gasphase erfolgen.
  • Diesen Verfahren deutlich überlegen erscheint das lokale Öffnen der SiO2- bzw. Siliziumnitrid-Schicht mit Hilfe einer Ätzpaste, wie in DE 101 01 926 bzw. PCT/EP 01-03317 beschrieben, und das anschließende Dotieren in der Gasphase mit z. B. POCl3.
  • Aus der Literatur ist bekannt, dass Siliziumnitrid durch heiße ortho- Phosphorsäure selektiv gegenüber SiO2 geätzt werden kann [A. F. Bogenschütz, "Ätzpraxis für Halbleiter", Carl Hanser Verlag München, 1967]. Dies ist ein in der Mikroelektronik weit verbreitetes Verfahren. Die Phosphorsäure wird dabei üblicherweise bei Temperaturen von ca. 165°C eingesetzt und die Wafer in das Säurebad eingetaucht. Die Ätzraten liegen in diesem Temperaturbereich bei ca. 3 nm/min.
  • Zum Ätzen von Siliziumnitrid-Schichten von Solarzellen ist dieses Verfahren wenig geeignet. Die Ätzraten sind für eine Massenfertigung zu gering und des weiteren besteht das Problem, dass zur Strukturierung immer noch aufwendige fotolithographische Schritte notwendig sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein geeignetes Ätzmedium zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe mit hohen Ätzraten selektiv anorganische Oberflächen, insbesondere Siliziumnitridschichten von Solarzellen, geätzt werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Verfahren zum selektiven Ätzen von anorganischen Oberflächen zur Herstellung von selektiven Emitterstrukturen in Solarzellen zur Verfügung zu stellen, welches neben dem Ätzen auch eine gezielte Phosphordotierung zur Erzeugung von n++-Gebieten ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Ätzen von Passivierungs- und Antireflex-Schichten aus Siliziumnitrid auf Solarzellen, in dem ein Phosphorsäure bzw. deren Salze enthaltendes Ätzmedium in einem Verfahrensschritt ganzflächig oder selektiv auf die zu ätzenden Oberflächenbereiche aufgebracht wird, insbesondere durch ein Verfahren, in dem das mit Ätzmedium versehene Silizium-Substrat ganzflächig oder lokal auf Temperaturen im Bereich von 250 bis 350°C für 30 bis 120 Sekunden erhitzt wird und gegebenenfalls anschließend zur zusätzlichen n++-Dotierung für 20 bis 40 Minuten auf Temperaturen > 800°C, insbesondere auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1050°C, erhitzt wird.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren gemäß der nachfolgenden Ansprüche 1 und 2 sowie seiner besonderen Ausgestaltung gemäß der Ansprüche 3 bis 7. Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein neues Ätzmedium gemäß der Ansprüche 8-10, sowie dessen Verwendung gemäß der Ansprüche 11-13. Des weiteren sind Solarzellen, welche nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1-7 hergestellt werden Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
  • Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt insbesondere mittels eines Ätzmediums, worin die verschiedenen Formen der Phosphorsäure oder geeignete Phosphorsäuresalze oder -verbindungen, welche beim Erhitzen zu der entsprechenden Phosphorsäure zersetzt werden, als Ätz- und gegebenenfalls als Dotierkomponente dienen.
  • Durch Versuche wurde gefunden, dass ortho-Phosphorsäure, meta- Phosphorsäure, pyro-Phosphorsäure, bzw. deren Salze und hier insbesondere die Ammonium-Salze ((NH4)2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)3PO4) sowie andere Verbindungen, die bei ihrer thermischen Zersetzung eine dieser Verbindungen bildet, bei Temperaturen oberhalb 250°C in der Lage sind, Siliziumnitrid-Schichten von 70 nm Schichtdicke innerhalb weniger Sekunden bis Minuten vollständig wegzuätzen. Bei 300°C beträgt die Ätzzeit ca. 60 Sekunden.
  • Durch selektives Auftragen, z. B. im Siebdruck, durch das Inkjet- Verfahren oder andere Methoden, und ganzflächiges Erhitzen des beschichteten Silizium-Substrates kann zudem eine lokale Ätzung erfolgen. Das gleiche kann durch ein vollständiges Beschichten, beispielsweise durch Spin-Coating, Spray-Coating oder andere Coating- Verfahren, und lokale Erhitzung, z. B. mit einem IR-Laser, erzielt werden.
  • Ein Vorteil dieses Ätzverfahrens ist, dass ohne den Einsatz giftiger und teuer zu entsorgender Flusssäure bzw. Flusssäure-Salze das Siliziumnitrid geätzt werden kann. Zudem kann der Beginn und das Ende der Ätzung durch den Zeitpunkt und die Dauer der thermischen Anregung einfach gesteuert werden. Ein besonderer Vorteil ist, dass mit einer selektiv aufgedruckten Phosphorsäure (ortho-, meta- oder pyro-), bzw. einem ihrer Salze oder Verbindungen dieselbige z. B. durch thermische Anregung freigesetzt, in einem zweiten, sich unmittelbar anschließenden Prozessschritt, eine n++-Dotierung erzeugt werden kann, wie sie im Falle des selektiven Emitters notwendig ist. Dieses Dotierungsverfahren ist dem Fachmann bekannt und kann z. B. wie in A. Goetzberger, B. Voß, J. Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, S. 115, S. 14 beschrieben durchgeführt werden.
  • Gegenstand der Erfindung ist es somit, selektive Emitterstrukturen durch den Einsatz von kombinierten HF/Fluorid-freien, druckfähigen Ätz- und Dotiermedien herzustellen.
  • Als Ätzmedien werden HF/Fluorid-freie, leicht handhabbare Mineralsäuren oder deren Salze und/oder Mischungen aus diesen verwendet, die in Lösung oder in pastöser Form vorliegen können.
  • Die in Lösung vorliegenden Ätzmedien werden ganzflächig, in einem dem Fachmann allgemein bekannten Verfahren, wie z. B. Aufschleudern, Sprühen, Tauchen aufgetragen. In einem zweiten Schritt wird durch lokales Erhitzen, z. B. mit Hilfe eines Lasers, die Phosphorsäure zum Ätzen der Siliziumnitrid-Schicht angeregt. In einem weiteren Schritt kann nun gegebenenfalls mit einem zweiten stärkeren Laser die Phosphorsäure lokal auf Temperaturen im Bereich > 800°C erhitzt werden, wie dieses zur n++-Dotierung notwendig ist. Besonders günstig ist hierbei der Einsatz eines IR-Lasers sein, dessen Wellenlänge vom darunter liegenden Silizium, zur Vermeidung von Kristalldefekten, nicht absorbiert wird. Durch geschickte Prozessführung kann der Ätz- und Dotierprozess in einem Schritt erfolgen.
  • Günstiger als die ganzflächige Beschichtung ist jedoch das selektive Beschichten der Silizium-Substrate mit einer pastösen, phosphorsäurehaltigen Mischung. Dieses kann durch dem Fachmann bekannte Druckverfahren wie z. B. Sieb-, Schablonen-, Stempel-, Tampondruck erfolgen. Nach dem Auftrag erfolgt in einem nachfolgenden Schritt das Erwärmen der Substrate zur Einleitung der Siliziumnitrid-Ätzung. Dies kann auf einer Hotplate (Heizplatte) oder durch IR-Strahlung oder nach einem anderen dem Fachmann bekannten Verfahren zum Erhitzen von Substraten geschehen. Beispiele hierfür sind das Erhitzen durch Mikrowelle oder das Erhitzen im Konvektionsofen. Zur Ätzung ist ein Temperaturbereich von 250 bis 350°C vorteilhaft. Die Ätzdauer für eine 70 nm dicke PECVD Siliziumnitrid-Schicht beträgt bei 300°C ca. 60 Sekunden. Dem Ätzschritt unmittelbar nachfolgen kann in einem weiteren Schritt das Erhitzen des Substrates auf Temperaturen > 800°C, wie dieses zur thermischen n++-Dotierung mit Phosphor notwendig ist. Über die Dauer und Temperatur kann das Diffusionsprofil des Phosphors in das Silizium in der dem Fachmann bekannten Art und Weise gesteuert werden.
  • Vorteilhafter Weise kann hier das Ätzen und Dotieren durch eine geschickte Prozessführung in einem Temperaturschritt erfolgen.
  • Dieses selektive Auftragen der Ätz- und Dotiermedien ist nicht nur günstiger bzgl. des Materialverbrauches, sondern auch im Durchsatz erheblich schneller als das serielle Beschreiben einer Fläche mit einem Laser.
  • Im Gegensatz zu den oben genannten Druckverfahren ist der Auftrag mittels Tintenstrahl-Druck - ein kontaktloses Verfahren - als eine weitere Variante zu nennen. Es kann auf diese Weise ein erwärmtes Substrat direkt bedruckt und geätzt werden. Auch hier ist durch eine geschickte Prozessführung ein simultanes Ätzen und Dotieren möglich.
  • Werden als Ätzmedien Pasten verwendet, können diese ebenfalls ganzflächig oder selektiv an den zu dotierenden Stellen aufgetragen werden.
  • Enthalten die Pasten zudem noch Dotierungselemente wie Phosphor, dann können sie nach dem eigentlichen Ätzschritt als Dotierquelle dienen.
  • Dazu werden die Solarzellen Temperaturen von 800-1000°C ausgesetzt, wobei das in der Paste enthaltene Dotierungselement in die Kontaktierungsbereiche hinein diffundiert und diese dotiert. Alle anderen Pastenkomponenten sind bei diesen Temperaturen flüchtig und verbrennen ohne Rückstände.
  • Die Paste wird in einem einzigen Verfahrensschritt auf die gewünschten Bereiche der zu ätzenden Oberfläche aufgebracht. Eine für die Übertragung der Paste auf die Oberfläche geeignete Technik mit hohem Automatisierungsgrad ist die Drucktechnik. Speziell die Sieb-, Schablonen-, Tampon-, Stempel- Drucktechnik sind dem Fachmann bekannte Verfahren.
  • Sämtliche Maskierungs- und Lithografieschritte, die für eine Anwendung der nasschemischen Ätzverfahren bzw. der selektiven Dotierung in der Gasphase notwendig sind, aber auch Spülvorgänge entfallen. Auf diese Weise kann im erfindungsgemäßen Verfahren neben Materialien auch Zeit eingespart werden. Weiterhin fallen wesentlich geringere Mengen an verunreinigten Chemikalien an, wieder aufgearbeitet oder entsorgt werden müssen.
  • Die erfindungsgemäßen Ätzpasten setzen sich zusammen aus:
    • a) Ätz- und ggf. Dotierkomponente
    • b) Lösungsmittel
    • c) Verdickungsmittel
    • d) gegebenenfalls Additive wie Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter, Haftvermittler.
  • Die Ätzwirkung der vorgeschlagenen Ätzpasten beruht auf einer sauren Komponente, die durch Temperaturanregung wirksam ist. Diese Komponente stammt aus der Gruppe der Phosphorsäure (ortho, meta, pyro) und deren Salze, vorzugsweise Ammonium-Salze ((NH4)2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)3PO4).
  • Die Ätzkomponente liegt in einem Konzentrationsbereich von 1-80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Ätzpaste vor. Durch die Konzentration der Ätzkomponente kann die Ätz- und Abtragsrate an Siliziumnitrid deutlich beeinflusst werden.
  • In weiteren Versuchen zeigte es sich, dass durch den Zusatz einer stark oxidierenden Komponente, wie z. B. Salpetersäure oder Nitrate, die Ätzrate der Phosphorsäure weiter erhöht werden kann.
  • Der Anteil des Lösungsmittels kann im Bereich von 20-80 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Ätzpaste liegen. Geeignete Lösungsmittel können reine anorganische oder organische Lösungsmittel bzw. Mischungen derselben sein wie Wasser, einfache und/oder mehrwertige Alkohole, Ether, insbesondere Ethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether, [2,2-Butoxy-(Ethoxy)]-Ethylacetat sein.
  • Der Anteil des Verdickungsmittel, der zur gezielten Einstellung des Viskositätsbereiches und grundsätzlich zum Erzielen der Druckfähigkeit des Ätzmittels, d. h. zur Bildung einer druckfähigen Paste erforderlich ist, liegt im Bereich von 1-20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Ätzpaste.
  • Die Strukturviskosität der beschriebenen Ätzpasten wird durch netzwerkbildende, in der flüssigen Phase quellend wirkende Verdickungsmittel erzielt und lässt sich je nach gewünschtem Einsatzgebiet variieren. Als Verdickungsmittel können organische oder anorganische Produkte oder Mischungen derselben zum Einsatz kommen:
    • - Cellulose/Cellulosederivate wie Ethyl-, Hydroxypropyl-, Hydroxyethyl-, Natrium-Carboxymethylcellulose
    • - Stärke/Stärkderivate wie Natriumcarboxymethylstärke (vivastar®), anionische Heteropoly-Saccharide)
    • - Acrylate (Borchigel®)
    • - Polymere wie Polyvinylalkohole (Mowiol®), Polyvinylpyrolidone (PVP)
    • - Hochdisperse Kieselsäuren wie Aerosil®
  • Anorganische Verdickungsmittel, wie z. B. hochdisperse Kieselsäure, verbleiben im Gegensatz zu den organischen Verdickungsmitteln auch beim anschließenden Dotierschritt bei > 800°C auf dem Substrat und können so zur Einstellung der Dotierglas-Eigenschaften verwendet werden. Beide Typen von Verdickungsmitteln, organische und anorganische, können auch beliebig kombiniert werden.
  • Additive mit für den gewünschten Zweck vorteilhaften Eigenschaften sind Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel/Antiverlaufsmittel, Entlüfter und Haftvermittler. Aus den im Handel erhältlichen Additiven ist es dem Fachmann ohne weiteres möglich, geeignete Additive auszuwählen, die den gültigen Anforderungen für die Herstellung von Solarzellen entsprechen. Durch die gezielte Zugabe dieser Additive kann die Druckfähigkeit der Ätzpaste positiv beeinflusst werden.
  • Zur Erzielung hoher Wirkungsgrade in einer Solarzelle ist es wichtig, dass alle Ausgangsstoffe zur Herstellung der Ätzpaste über eine ausreichende Reinheit verfügen. Insbesondere die leicht diffundierenden Elemente wie z. B. Kupfer, Eisen, Natrium, die im Silizium die Trägerlebensdauer erheblich verkürzen, sollten in Konzentrationen < 200 ppb vorhanden sein.
  • Erfindungsgemäß können diese neuen Ätz- und Dotierpasten eingesetzt werden in der Solarzellenindustrie zur Herstellung von Photovoltaik-Bauelementen wie Solarzellen oder Photodioden. Insbesondere können die erfindungsgemäßen Pasten in einem zweistufigen Verfahren zur Herstellung von Emitterstrukturen eingesetzt werden.
  • In Fig. 1 ist ein Layout einer auf einer Siliziumnitridoberfläche geätzten Struktur gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Ätzpaste nach Beispiel 2 hergestellt worden ist.
  • Zum besseren Verständnis und zur Verdeutlichung werden im folgenden Beispiele gegeben, die im Rahmen des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung liegen, jedoch nicht geeignet sind, die Erfindung auf diese Beispiele zu beschränken.
    • Beispiel 1 Herstellung und Zusammensetzung der Paste
  • In 100 g ortho-Phosphorsäure 85% (Merck Art. 1.00573) wird unter Rühren 6 g Aerosil 200 (Degussa-Huels AG) eingerührt. Die entstehende Paste wird noch weitere 20 min mit einem Flügelrührer gerührt.
    • Beispiel 2 Herstellung und Zusammensetzung der Paste
  • In ein Gemisch, bestehend aus 48,5 Gew.-% H3PO4 (85%ig) und 48,5 Gew.-% 1-Methyl-2-pyrrolidon, wird unter Rühren 3 Gew.-% PVP K90 eingerührt. Die entstehende Paste wird noch weitere 20 min mit einem Flügelrührer gerührt.
  • Eine in der beschriebenen Weise hergestellte Ätzpaste wird mit einem Polyestersieb Typ 120 T auf einer handelsüblichen Siebdruckmaschine verdruckt. Auf dem Sieb wird das in Fig. 1 dargestellte Layout abgebildet und auf das Substrat übertragen. Als Substrat wird eine multikristalline Solarzelle von 100 × 100 mm Größe mit einer ganzflächigen Siliziumnitrid-Passivierungsschicht eingesetzt. Unmittelbar nach dem Bedrucken wird das Substrat 100 Sekunden bei 300°C auf einer Hotplate erhitzt. Das vollständige Durchätzen der Siliziumnitrid-Schicht ist visuell bereits nach ca. 60 Sekunden zu erkennen. Danach wird das Substrat 30 min bei 850°C in einen Diffusionsofen mit atmosphärischer Luft eingebracht.
  • Nach dem Entfernen der Phosphorglasschicht kann die lokale, hohe Dotierung mit Phosphor im Bereich von ca. 1020 cm-3 nachgewiesen werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Ätzen von Passivierungs- und Antireflex-Schichten aus Siliziumnitrid auf Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phosphorsäure bzw. deren Salze enthaltendes Ätzmedium, in einem Verfahrensschritt ganzflächig oder selektiv auf die zu ätzenden Oberflächenbereiche aufgebracht wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das mit Ätzmedium versehene Silizium-Substrat ganzflächig oder lokal auf Temperaturen im Bereich von 250 bis 350°C für 30 bis 120 Sekunden erhitzt wird und gegebenenfalls anschließend zur zusätzlichen n++-Dotierung für 20 bis 40 Minuten auf Temperaturen > 800°C, insbesondere auf Temperaturen im Bereich von 800 bis 1050°C, erhitzt wird.
3. Verfahren gemäß der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass ein druckfähiges, pastenförmiges Ätzmedium verwendet wird.
4. Verfahren gemäß der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzmedium je nach Konsistenz durch Aufsprühen, Aufschleudern, Tauchen oder durch Drucken im Sieb-, Schablonen-, Stempel-, Tampon- oder Tintenstrahldruck aufgebracht wird.
5. Verfahren gemäß der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen auf einer Heizplatte, im Konvektionsofen, durch IR-Strahlung, UV-Strahlung, oder Mikrowelle erfolgt.
6. Verfahren gemäß der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass zum lokalen Erhitzen ein Laser, insbesondere für das Erhitzen auf Temperaturen > 800°C, ein IR-Laser verwendet wird.
7. Verfahren gemäß der Ansprüche 1-6 zur Herstellung von Solarzellen mit Zwei-Stufen-Emittern.
8. Ätzmedium zum Ätzen von anorganischen Passivierungs- und Antireflex-Schichten auf Solarzellen, enthaltend als aktive Komponente ortho-, meta-, pyro-Phosphorsäure, und/oder meta-Phosphorpentoxid oder deren Gemische, welche sowohl als Ätz- als auch als Dotierkomponente wirkt.
9. Ätzmedium gemäß Anspruch 8 enthaltend ein oder verschiedene Ammoniumsalz(e) der Phosphorsäure und/oder mono- oder di-Ester einer Phosphorsäure, die durch thermischen Energieeintrag die ätzende Phosphorsäure freisetzen.
10. Ätzmedium gemäß der Ansprüche 8-9 in Pastenform, enthaltend außer einer Ätz- und Dotierkomponente, Lösungsmittel, Verdickungsmittel und gegebenenfalls Additive wie Entschäumer, Thixotropiermittel, Verlaufsmittel, Entlüfter und Haftvermittler.
11. Verwendung eines Ätzmediums gemäß der Ansprüche 8-10 zur n++-Dotierung des Siliziums.
12. Verwendung eines Ätzmedium gemäß der Ansprüche 8-10 zur Herstellung von Solarzellen mit Zwei-Stufen-Emittern.
13. Verwendung eines Ätzmediums gemäß der Ansprüche 8-10 in einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1-7.
14. Solarzelle, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1-7.
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