DE102007062750A1 - Method for producing silicon solar cell, involves producing porous silicon layer at lower partial zones of emitter surface not covered by etching barrier - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle mit einem rückgeätzten, vorzugsweise selektiven Emitter sowie eine entsprechende Solarzelle.The The present invention relates to a method of manufacturing a Silicon solar cell with a re-etched, preferably selective emitter and a corresponding solar cell.
Es ist bekannt, dass an einer Oberfläche einer Solarzelle erzeugte Emitter direkt an der Oberfläche häufig herstellungsbedingt eine hohe Dotierungskonzentration aufweisen. Diese hohe Dotierungskonzentration kann zu Rekombinationsverlusten führen, insbesondere bezügliche nahe der Oberfläche generierter Ladungsträgerpaare.It It is known that generated on a surface of a solar cell Emitter directly on the surface often production-related have a high doping concentration. This high doping concentration can lead to recombination losses to lead, especially regarding near the surface generated charge carrier pairs.
Es kann daher erwünscht sein, ein Herstellungsverfahren für eine Solarzelle bereitzustellen, bei dem die Dotierungskonzentration an der Oberfläche des Emitters in technologisch einfacher Weise reduziert werden kann.It can therefore be desired be to provide a manufacturing method for a solar cell in which the doping concentration at the surface of Emitters can be reduced in a technologically simple manner.
Ein Großteil der gegenwärtig industriell gefertigten Solarzellen wird auf Basis von Silizium, insbesondere kristallinem Silizium, hergestellt. Dabei wird die überwiegende Mehrheit dieser Solarzellen mit einer ganzflächigen homogenen Emitterschicht an der Frontseitenoberfläche und/oder an der Rückseitenoberfläche des Solarzellensubstrats versehen. Bei vielen der heute industriell hergestellten Silizium-Solarzellen werden die Metallkontakte mittels Dickfilmpasten im Siebdruckverfahren hergestellt. Dazu wird eine Metallpartikel-haltige Paste lokal auf den frontseitigen Emitter gedruckt und anschließend in den Emitter eingefeuert, um einen guten elektrischen Kontakt mit der Emitterschicht zu bilden.One large part the present industrially produced solar cells is based on silicon, in particular crystalline silicon. This is the predominant Majority of these solar cells with a whole-area homogeneous emitter layer the front surface and / or at the back surface of the Provided solar cell substrate. Many of today's industrial produced silicon solar cells are the metal contacts by means of thick film pastes produced by screen printing. This is a metal particle-containing paste printed locally on the front emitter and then in Fired the emitter to make good electrical contact with to form the emitter layer.
Es ist hierbei bekannt, dass es notwendig sein kann, die Emitterschicht zumindest in den Bereichen, die von den Metallkontakten kontaktiert werden, mit einer hohen Dotierungskonzentration im Bereich der Emitteroberfläche zu versehen, um einen guten Ohm'schen Kontakt zu erhalten.It Here it is known that it may be necessary, the emitter layer at least in the areas contacted by the metal contacts be provided with a high doping concentration in the region of the emitter surface, for a good ohm To get in touch.
Eine charakteristische Größe zur Beurteilung der Qualität bzw. der über den Querschnitt der Emitterschicht aufintegrierten Dotierungskonzentration des Emitters ist der sogenannte Schichtwiderstand. Je größer der Schichtwiderstand ist, desto kleiner ist die Dotierungskonzentration innerhalb der Emitterschicht und desto kleiner ist in der Regel die Dotierungskonzentration an der Oberfläche der Emitterschicht. Es hat sich herausgestellt, dass bei herkömmlich hergestellten Emittern ein maximaler, mit Siebdruck-Metallisierungstechniken kontaktierbarer Schichtwiderstand von Emitter typischerweise im Bereich von 50–60 Ohm per square liegt. Üblicherweise können Emitterschichten mit höheren Schichtwiderständen und damit grundsätzlich niedrigerer Dotierung mittels Dickfilmpasten nicht mehr zuverlässig kontaktiert werden.A characteristic size for the assessment of quality or the over the cross section of the emitter layer integrated doping concentration of Emitters is the so-called sheet resistance. The bigger the Sheet resistance is, the smaller the doping concentration within the emitter layer and the smaller is usually the doping concentration at the surface of the emitter layer. It It has been found that with conventionally manufactured emitters a maximum, with screen-printing metallization techniques contactable sheet resistance of emitters typically in Range of 50-60 Ohm per square lies. Usually, emitter layers can with higher film resistors and basically no longer reliably contacted with lower doping by means of thick film pastes become.
Es ist somit beim Einsatz von industriell vorteilhaften Siebdruck-Metallisierungstechniken notwendig, Emitterschichten mit einer hohen Oberflächendotierungskonzentration im Bereich der Metallkontakte bereitzustellen. Andererseits ist jedoch bekannt, dass eine solche hohe Oberflächendotierungskonzentration starke Rekombinationsverluste an der Oberfläche der Solarzelle mit sich bringen kann. Insbesondere Ladungsträgerpaare, die durch hochfrequentes (blaues oder UV-)Licht sehr nahe der frontseitigen Solarzellenoberfläche erzeugt werden, rekombinieren schnell innerhalb dieser stark dotierten Emitterschicht und können daher nicht mehr zum Solarzellenstrom beitragen. Dies kann die IQE (Internal Quantum Efficiency) im hochfrequenten Lichtspektrum und damit den gesamten von der Solarzelle gelieferten Strom reduzieren, was letztendlich den Wirkungsgrad der Solarzelle verringert. Ein zusätzlicher Effekt einer hohen Oberflächendotierungskonzentration kann ein soganntes Band-Gap-Narrowing sein, dass zu einer reduzierten offenen Klemmspannung führen kann. Versuche, diesen sich widersprechenden Anforderungen für eine gute Kontaktierbarkeit einerseits und eine hohe IQE andererseits gerecht zu werden, führten zum Konzept des sogenannten selektiven Emitters. Bei diesem sind die Emitterbereiche direkt unterhalb der Metallkontakte lokal stark dotiert, wohingegen dazwischenliegende Bereiche eine wesentlich geringere Dotierungskonzentration aufweisen.It is thus the use of industrially advantageous screen printing metallization techniques necessary, emitter layers with a high surface doping concentration to provide in the field of metal contacts. On the other hand however, it is known that such a high surface doping concentration strong recombination losses at the surface of the solar cell with it can bring. In particular, pairs of charge carriers caused by high-frequency (blue or UV) light generated very close to the front solar cell surface are rapidly recombining within this heavily doped emitter layer and can therefore no longer contributing to the solar cell current. This can be the IQE (Internal Quantum Efficiency) in the high-frequency light spectrum and thus reduce the total power supplied by the solar cell, which ultimately reduces the efficiency of the solar cell. One additional Effect of a high surface doping concentration may be a so-called band-gap narrowing that can lead to a reduced open clamping voltage. Try these conflicting requirements for a good one Contactability on the one hand and a high IQE on the other fair to be led to the concept of the so-called selective emitter. In this are the emitter areas directly below the metal contacts locally strong while intermediate areas provide a substantial have lower doping concentration.
Vor allem im Labormaßstab wurden bereits einige Verfahren zur Herstellung von selektiven Emitterstrukturen entwickelt und getestet. Bei einem Ansatz kann in zwei getrennten Verfahrensschritten unter Verwendung einer lokalen Maskierschicht, für die häufig dielektrische Schichten verwendet werden, eine selektive Emitterstruktur durch zwei getrennte Diffusionsprozesse erzeugt werden. Hierbei besteht jedoch die Notwendigkeit einer Mehrzahl von Hochtemperatur-Diffusionsprozessen, was den Herstellungsaufwand signifikant erhöhen kann. Alternativ kann durch lokales Ätzen einer zuvor homogen hergestellten Emitterschicht eine selektive Emitterstruktur erzeugt werden.In front especially on a laboratory scale have already been some methods for the production of selective emitter structures developed and tested. In one approach can be divided into two Process steps using a local masking layer, for the often dielectric Layers are used, a selective emitter structure through two separate diffusion processes are generated. However, this is true the need for a plurality of high-temperature diffusion processes, which can significantly increase the production cost. Alternatively, by local etching a previously homogeneously produced emitter layer a selective Emitter structure are generated.
Allerdings sind solche Herstellungsverfahren häufig nicht kompatibel mit derzeit industriell eingesetzten weiteren Verfahrensschritten, wie zum Beispiel der Siebdruckmetallisierung. Ferner können Probleme dahingehend auftreten, dass die Dotierungskonzentration in den einzelnen Emitterbereichen aufgrund eines ungleichmäßigen Ätzvorgangs lokal inhomogen ist.Indeed Such manufacturing processes are often not compatible with currently industrially used further process steps, such as Screen printing metallization. Furthermore, problems can occur that the doping concentration in the individual emitter areas due to a non-uniform etching process locally is inhomogeneous.
Bisherige Ansätze zur Fertigung von Silizium-Solarzellen mit selektivem Emitter unter Verwendung zweier Diffusionsprozesse sind meist technisch aufwändig und aufgrund ihrer hohen Kosten industriell kaum realisierbar. Andererseits ist die Erzeugung einer selektiven Emitterstruktur durch lokales Ätzen des Emitters bisher hauptsächlich nur im Labor gelungen, wobei hauptsächlich Verfahren getestet wurden, bei denen ein Ätzen des Emitters nach einer Metallisierung der Solarzellen durchgeführt wurde. Diese Fertigungsverfahren führten meist zu einem erheblichen Absinken des Wirkungsgrades der Solarzellen oder waren großtechnisch kaum realisierbar.Previous approaches to the production of silicon solar cells with selective emitter using two diffusion processes are usually technically complex and industrially hardly feasible due to their high cost. On the other hand, the generation a selective emitter structure by local etching of the emitter so far mainly succeeded only in the laboratory, mainly methods were tested in which an etching of the emitter was carried out after a metallization of the solar cell. These manufacturing processes usually led to a considerable decrease in the efficiency of the solar cells or were hardly feasible on an industrial scale.
Es kann daher als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle, insbesondere mit einem selektiven Emitter, vorzuschlagen, bei dem insbesondere die oben genannten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwunden werden können. Insbesondere kann ein Fertigungsverfahren für eine Silizium-Solarzelle gewünscht sein, bei dem ein Emitter mit einer geringen Dotierungskonzentration an der Oberfläche erreicht werden kann. Ferner kann ein Fertigungsverfahren für eine Silizium-Solarzelle mit einem selektiven Emitter gewünscht sein, das kompatibel mit weiteren herkömmlichen, industriell etablierten Fertigungsschritten ist, kostengünstig ist und die Fertigung von Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zulässt. Ferner kann ein Bedarf an einer entsprechenden Solarzelle bestehen.It can therefore be considered as an object of the present invention be a method for manufacturing a silicon solar cell, in particular with a selective emitter to propose, in particular the overcome the above-mentioned problems of the prior art at least partially can be. In particular, a manufacturing method for a silicon solar cell required in which an emitter with a low doping concentration on the surface can be achieved. Furthermore, a manufacturing method for a silicon solar cell desired with a selective emitter be compatible with other conventional, industrially established Manufacturing steps is cost-effective is and allows the production of solar cells with high efficiency. Furthermore, can there is a need for a corresponding solar cell.
Diese Aufgaben und Anforderungen können erfüllt werden durch ein Verfahren und eine Solarzelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Tasks and requirements can be fulfilled by a method and a solar cell according to the independent claims. advantageous embodiments are in the dependent claims specified.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle mit einem rückgeätzten Emitter vorgestellt, wobei das Verfahren in folgender Reihenfolge aufweist: Erzeugen eines flächigen Emitters an einer Emitteroberfläche eines Solarzellensubstrates; Erzeugen einer Schicht aus porösem Silizium an der Emitteroberfläche; Rückätzen der Schicht aus porösem Silizium.According to one The first aspect of the present invention is a method for Preparing a silicon solar cell with a back-etched emitter presented, the method comprising in the following order: generating a flat Emitters on an emitter surface a solar cell substrate; Producing a layer of porous silicon at the emitter surface; Refections of the Layer of porous Silicon.
Das angegebene erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem ersten Aspekt kann auf der Idee beruhend angesehen werden, dass in einer Emitterschicht eine Schicht aus porösem Silizium erzeugt und anschließend zurückgeätzt wird, um auf diese Weise die oberflächennahen, stark dotierten Bereiche der Emitterschicht abzutragen. Wie weiter unten in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen noch detaillierter ausgeführt, kann ein solches Rückätzen einer porösen Schicht in technologisch einfacher Weise realisiert werden.The specified method according to the invention according to the first Aspect can be viewed based on the idea that in one Emitter layer generates a layer of porous silicon and then etched back, in order to avoid the near-surface, remove heavily doped regions of the emitter layer. Like next below in more detail with respect to preferred embodiments executed can such a refeet one porous Layer can be realized in a technologically simple manner.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle mit einem selektiven Emitter vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen eines flächigen Emitters an einer Emitteroberfläche eines Solarzellensubstrats; Aufbringen einer Ätzbarriere auf erste Teilbereiche der Emitteroberfläche; Ätzen der Emitteroberfläche in nicht von der Ätzbarriere bedeckten zweiten Teilbereichen der Emitteroberfläche; Entfernen der Ätzbarriere; und Erzeugen von Metallkontakten an den ersten Teilbereichen. Die Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.According to one Second aspect of the present invention is a method for Finishing a silicon solar cell with a selective emitter presented, the method comprising the following steps: Generate a flat Emitters on an emitter surface a solar cell substrate; Applying an etching barrier to first portions the emitter surface; Etching the emitter surface in not from the etching barrier covered second portions of the emitter surface; Remove the etching barrier; and generating metal contacts at the first portions. The Process steps are preferably in the order given carried out.
Das angegebene erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt kann auf der Idee beruhend angesehen werden, dass zunächst ein Emitter an wenigstens einer Oberfläche eines Solarzellensubstrates mit einer homogenen Dotierungskonzentration hergestellt wird, die hoch genug ist, dass sie beispielsweise für eine Kontaktierung im Siebdruckverfahren geeignet ist. Vorzugsweise direkt anschließend an diese Erzeugung des flächigen Emitters, das heißt, vorzugsweise vor dem Abscheiden einer dielektrischen Schicht zum Beispiel als Antireflex- oder Passivierungsschicht und auch vorzugsweise vor dem Aufbringen der Metallkontakte, werden erste Teilbereiche der Emitteroberfläche durch eine Ätzbarriere geschützt. Anschließend werden die nicht geschützten Bereiche der Emitteroberfläche geätzt und damit die Dicke des Emitters in diesen Bereichen reduziert, so dass sich in diesen zweiten Teilbereichen ein Emitter mit einem erhöhten Schichtwiderstand einstellt. Anschließend wird die Ätzbarriere entfernt und die Solarzelle kann in herkömmlicher Weise weiter prozessiert werden, das heißt, es kann eventuell eine dielektrische Schicht an der Frontseitenoberfläche als Antireflex- bzw. Passivierungsschicht abgeschieden werden, und danach können darüber Metallkontakte beispielsweise im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.The specified method according to the invention according to the second Aspect can be viewed based on the idea that initially Emitter on at least one surface of a solar cell substrate is prepared with a homogeneous doping concentration, the high enough, for example, that they are suitable for contacting by screen printing suitable is. Preferably directly following this generation of the flat Emitters, that is, preferably before the deposition of a dielectric layer to Example as antireflection or passivation layer and also preferably before the application of the metal contacts, first subregions the emitter surface through an etching barrier protected. Subsequently will not be protected Areas of the emitter surface etched and thus reduce the thickness of the emitter in these areas, so that in these second parts of an emitter with a increased Layer resistance sets. Subsequently, the etch barrier removed and the solar cell can be further processed in a conventional manner, this means, It may possibly have a dielectric layer on the front surface as Antireflex or passivation layer are deposited, and after can about it metal contacts For example, be applied by screen printing.
Das vorgestellte Verfahren gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt kann eine Reihe von Vorteilen bringen. Es kann ein kostengünstiges, industriell leicht umsetzbares Verfahren zur Erzeugung einer ganzflächig oder teilflächig rückgeätzten, vorzugsweise selektiven Emitterstruktur bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise können dabei für die einzelnen Prozessschritte Technologien verwendet werden, wie sie bereits großindustriell eingesetzt und erprobt sind. Zum Beispiel kann als Ätzbarriere ein ätzresistenter Lack mittels Siebdruck aufgebracht werden und die nachfolgende Ätzung kann mit Hilfe konventioneller nasschemischer Ätzvorgänge durchgeführt werden. Das Verfahren verzichtet dabei vorteilhafterweise auf den Einsatz kostenintensiver Vakuumtechnologien.The presented method according to the first or second aspect can bring a number of advantages. It can an inexpensive, industrially easily implementable method for producing an entire surface or part of the area etched back, preferably be provided selective emitter structure. advantageously, can for The individual process steps technologies are used as she already big-industrial used and tested. For example, as an etching barrier an etch resistant Paint can be applied by screen printing and the subsequent etching can be carried out with the aid of conventional wet-chemical etching processes. The method advantageously dispenses with the use cost-intensive vacuum technologies.
Da vorzugsweise ausschließlich Technologien eingesetzt werden, die ohnehin schon lange in der Solarzellenfertigung verwendet werden, kann das technologische Risiko bei der Umsetzung des Verfahrens geringgehalten werden. Für den Ätzschritt verwendbare Chemikalien finden bereits bei der Produktion von Solarzellen Verwendung. Als Ätzbarriere verwendbare Siebdrucklacke werden bereits beim großtechnischen Bau von Platinen eingesetzt. Somit sind für die Umsetzung des Verfahrens Technologien, eingesetzte Medien und Verbrauchsmittel sowie deren Entsorgungstechniken bekannt, komplett entwickelt und bereits im Einsatz befindlich.Since preferably only technologies are used, which are already used for a long time in solar cell production, the technological risk in the implementation of the procedure are kept low. Chemicals that can be used for the etching step are already used in the production of solar cells. Screen printing lacquers which can be used as an etching barrier are already used in the industrial construction of circuit boards. Thus, for the implementation of the process technologies, media and consumables used and their disposal techniques are known, fully developed and already in use.
Da das Verfahren vorzugsweise auch in einer Weise realisiert werden kann, bei der einer herkömmlichen Prozessierungssequenz zur Fertigung von Silizium-Solarzellen lediglich einige wenige, einfach beherrschbare Prozessschritte hinzugefügt werden, ist das Verfahren vorzugsweise leicht in bestehende Produktionsanlagen durch Installation eines oder mehrerer Zusatzmodule integrierbar.There the method preferably also be realized in a manner can, in the case of a conventional Processing sequence for the production of silicon solar cells only a few, easily manageable process steps are added, the process is preferably easy in existing production facilities can be integrated by installing one or more additional modules.
Nachfolgend werden weitere Details, mögliche Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.following will be more details, possible Advantages and preferred embodiments the method according to the invention explained.
Das Verfahren kann zum Fertigen einer beliebigen Silizium-Solarzelle eingesetzt werden. Beispielsweise können Solarzellen auf Basis von einkristallinen oder multikristallinen Siliziumwafern oder alternativ auch basierend auf einer kristallinen oder amorphen Silizium-Dünnschicht gefertigt werden.The Method can be used to fabricate any silicon solar cell be used. For example, solar cells based on single crystal or multicrystalline silicon wafers or alternatively also be made based on a crystalline or amorphous silicon thin film.
An einer hierin im Weiteren als „Emitteroberfläche" bezeichneten Oberfläche des Solarzellensubstrates wird ein selektiver Emitter ausgebildet. Die „Emitteroberfläche" kann dabei vorzugsweise die im Einsatz zur Sonne hin gerichtete Frontseitenoberfläche des Solarzellensubstrates sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Emitter auch an einer Rückseitenoberfläche ausgebildet werden. Unter einem selektiven Emitter wird hierbei eine dotierte Halbleiterschicht von einem Leitungstyp (zum Beispiel n-Typ) entgegengesetzt dem Leitungstyp des Basissubstrats (zum Beispiel p-Typ) verstanden, bei der die Dotierungskonzentration über die Emitterfläche lokal stark variiert. Beispielsweise kann der Emitter vor dem Rückätzen bzw., bei der Variante des selektiven Emitters, können erste Teilbereiche des Emitters, an denen später die Frontmetallisierung angeordnet sein soll, stark dotiert sein mit einer hohen Oberflächendotierungskonzentration von beispielsweise mehr als 5 × 1019 cm–3, die zu einem Schichtwiderstand von beispielsweise weniger als 60 Ohm per square, vorzugsweise weniger als 50 Ohm per square und stärker bevorzugt weniger als 40 Ohm per square in diesen Emitterbereichen führt, wohingegen bei der Variante des selektiven Emitters andere, dazwischenliegende Emitterbereiche wesentlich schwächer dotiert sein können, beispielsweise mit einer Oberflächendotierungskonzentration von weniger als 1 × 1019 cm–3, was zu einem Schichtwiderstand von beispielsweise mehr als 60 Ohm per square, vorzugsweise mehr als 70 Ohm per square und stärker bevorzugt mehr als 80 Ohm per square führt. Die stark dotierten Bereiche können später gut mit Metallkontakten elektrisch kontaktiert werden, wohingegen die schwach dotierten Bereiche eine höhere IQE und einen geringeren Emittersättigungsstrom aufweisen können.A selective emitter is formed at a surface of the solar cell substrate hereinafter referred to as "emitter surface." The "emitter surface" may preferably be the front side surface of the solar cell substrate facing the sun in use. Alternatively or additionally, an emitter may also be formed on a backside surface. Here, a selective emitter is understood to mean a doped semiconductor layer of a conductivity type (for example n-type) opposite to the conductivity type of the base substrate (for example p-type), in which the doping concentration varies greatly locally over the emitter surface. For example, the emitter can be heavily doped with a high surface doping concentration of, for example, more than 5 × 10 19 cm -3 prior to etching back, or, in the variant of the selective emitter, first portions of the emitter on which the front metallization is later to be arranged which results in a sheet resistance of, for example, less than 60 ohms per square, preferably less than 50 ohms per square, and more preferably less than 40 ohms per square in these emitter regions, whereas in the variant of the selective emitter, other intermediate emitter regions will be substantially less doped can, for example, have a surface doping concentration of less than 1 × 10 19 cm -3 , resulting in a sheet resistance of, for example, more than 60 ohms per square, preferably more than 70 ohms per square, and more preferably more than 80 ohms per square. The heavily doped regions may later be electrically contacted well with metal contacts, whereas the lightly doped regions may have a higher IQE and a lower emitter saturation current.
Im Folgenden werden Details der Erfindung gemäß dem oben beschriebenen zweiten Aspekt näher erläutert, wobei die Ausführungen analog natürlich auch auf die entsprechenden Merkmale der Erfindung gemäß dem ersten Aspekt übertragen werden können.in the Details of the invention according to the second one described above will be given below Aspect closer explains the designs analog, of course also to the corresponding features of the invention according to the first Aspect transferred can be.
Als erster wesentlicher Prozessschritt des vorgestellten Verfahrens wird an der Emitteroberfläche eines Solarzellensubstrats ein flächiger Emitter erzeugt. Hierzu können beliebige Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann, wie weiter unten detaillierter beschrieben, der flächige Emitter mittels einer POCl3-Gasphasendiffusion durch Eindiffundieren von Phosphor aus einer heißen Gasphase in die Oberfläche des Solarzellensubstrats eindiffundiert werden. Es können aber auch beliebige andere Technologien eingesetzt werden, wie zum Beispiel Eindiffundieren aus einer z. B. aufgedruckten festen Dotandenquelle, Abscheiden einer zusätzlichen separaten Emitterschicht, Aufsprühen (Spray-On) oder Aufschleudern (Spin-On) phosphorhaltiger Substanzen, Implantieren von Dotanden in die Oberfläche des Solarzellensubstrats, etc. Die Parameter beim Erzeugen des flächigen Emitters werden dabei so gewählt, dass sich vorzugsweise ein Emitter-Schichtwiderstand von weniger als 60 Ohm per square, vorzugsweise weniger als 50 Ohm per square und stärker bevorzugt weniger als 40 Ohm per square einstellt.As the first essential process step of the proposed method, a planar emitter is produced on the emitter surface of a solar cell substrate. Any method can be used for this purpose. For example, as described in greater detail below, the planar emitter can be diffused into the surface of the solar cell substrate by means of POCl 3 gas phase diffusion by diffusing phosphorus from a hot gas phase. But it can also be used any other technologies, such as diffusing from a z. B. printed solid dopant source, depositing an additional separate emitter layer, spraying (spin-on) or spin-on of phosphorus-containing substances, implanting dopants in the surface of the solar cell substrate, etc. The parameters when creating the planar emitter are chosen so in that preferably an emitter sheet resistance of less than 60 ohms per square, preferably less than 50 ohms per square, and more preferably less than 40 ohms per square, is established.
Anschließend wird auf erste Teilbereiche der Frontseitenoberfläche des Solarzellensubstrats eine Ätzbarriere aufgebracht. Hierzu können unterschiedlichste Technologien eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Technologien verwendet, die industriell leicht umsetzbar sind, wie zum Beispiel das Aufdrucken einer Dickfilmpaste mittels Siebdruck, das lokale Aufsprühen einer aushärtbaren Lösung mittels einer Ink-Jet-Verfahrens, der Aerosoldruck, das Aufdampfen durch eine Maske hindurch, etc.Subsequently, will on first portions of the front surface of the solar cell substrate an etching barrier applied. You can do this various technologies are used. Preferably technologies are used which are easy to implement industrially are, such as the printing of a Dickfilmpaste means Screen printing, local spraying a curable solution by means of an inkjet process, the aerosol printing, the vapor deposition through a mask, etc.
Als Ätzbarriere wird dabei ein solches Material gewählt, das beim anschließenden Ätzschritt von dem dabei verwendeten Ätzmedium nicht angegriffen wird, so dass die Ätzbarriere die darunter liegenden ersten Teilbereiche der Emitteroberfläche gegen das Ätzmedium schützen kann.As an etching barrier In this case, such a material is selected, which in the subsequent etching step from the etching medium used is not attacked, so that the etching barrier the underlying first Subareas of the emitter surface against the etching medium protect can.
Anschließend werden die nicht von der Ätzbarriere geschützten Bereiche der Emitteroberfläche des Solarzellensubstrats mit Hilfe eines Ätzmediums geätzt. Als Ätzmedium können dabei verschiedene Ätzfluide verwendet werden, die das Material des Solarzellensubstrats an dessen Frontseite angreifen und lösen können. Da dieses Material in der Regel Silizium oder, z. B. nach einem zusätzlichen optionalen Oxidationsschritt, Siliziumoxid ist, kommen beispielsweise Gase oder Lösungen, die zum Beispiel Flusssäure (HF) und/oder Salpetersäure (HNO3) enthalten, in Betracht.Subsequently, the regions of the emitter surface of the solar cell substrate which are not protected by the etching barrier are etched using an etching medium etched. Various etching fluids which can attack and dissolve the material of the solar cell substrate on its front side can be used as the etching medium. As this material is usually silicon or, z. B. after an additional optional oxidation step, silica is, for example, gases or solutions containing hydrofluoric acid (HF) and / or nitric acid (HNO 3 ), for example, into consideration.
Die Emitteroberfläche wird in den zweiten Teilbereichen vorzugsweise so stark heruntergeätzt, bis sich in der verbleibenden Emitterschicht ein gewünschter, hoher Schichtwiderstand von beispielsweise mehr als 60 Ohm per square, vorzugsweise mehr als 70 Ohm per square und stärker bevorzugt mehr als 80 Ohm per square mit durch nasschemische Ätzung abgesenkter Oberflächenkonzentration von Dotanden wie z. B. Phosphor einstellt. Der Schichtwiderstand der verbleibenden Emitterschicht kann während des Ätzvorgangs kontrolliert werden, indem zum Beispiel die Dicke der bereits heruntergeätzten Schicht optisch beobachtet wird, oder der Ätzvorgang kann kurzfristig unterbrochen werden, um den Schichtwiderstand zu messen, beispielsweise mittels einer herkömmlichen 4-Punkt-Messung. Auf diese Weise kann der Ätzvorgang beim Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes für den Schichtwiderstand abgebrochen werden. Alternativ kann die Dauer des Ätzvorgangs bis zum Erreichen eines bestimmten gewünschten Schichtwiderstands durch Vorversuche ermittelt werden.The emitter surface is preferably etched down so much in the second subregions until in the remaining emitter layer a desired, high sheet resistance for example, more than 60 ohms per square, preferably more as 70 ohms per square and stronger preferably more than 80 ohms per square with lowered by wet-chemical etching Surface concentration of Dopants such. B. phosphorus sets. The sheet resistance of remaining emitter layer can be controlled during the etching process by For example, the thickness of the already de-etched layer is optically observed is, or the etching process can be interrupted at short notice to increase the sheet resistance measure, for example by means of a conventional 4-point measurement. To this Way, the etching process aborted upon reaching a predetermined threshold for the sheet resistance become. Alternatively, the duration of the etching process may be reached of a particular desired Sheet resistance can be determined by preliminary tests.
Nach dem Ätzvorgang wird die Ätzbarriere wieder von der Substratoberfläche entfernt. Dies geschieht vorzugsweise chemisch, beispielsweise mit Hilfe einer Lösung, die die Ätzbarriere angreift und löst.To the etching process the etching barrier will be restored from the substrate surface away. This is preferably done chemically, for example with the help a solution the the etching barrier attacks and releases.
Optional kann nun ein weiterer Ätzvorgang folgen, bei dem zum Beispiel ein bei einer POCl3-Diffusion erzeugtes Phosphorglas weggeätzt werden kann, wobei im gleichen Schritt auch die im vorherigen Ätzschritt bereits geätzten zweiten Teilbereiche weiter geätzt werden können bzw. ein optional dort erzeugtes Oxid weggeätzt werden kann. Der sich endgültig in den zweiten Teilbereichen einstellende Schichtwiderstand kann somit durch den oben beschriebenen ersten Ätzvorgang sowie durch diesen optionalen zweiten Ätzvorgang beeinflusst werden.Optionally, a further etching process can now follow, in which, for example, a phosphor glass produced in a POCl 3 diffusion can be etched away, wherein in the same step, the second partial regions already etched in the previous etching step can be further etched or an oxide optionally produced there is etched away can be. The sheet resistance which definitively settles in the second subregions can thus be influenced by the first etching process described above and by this optional second etching process.
Optional können nun weitere Prozessschritte folgen wie zum Beispiel das Erzeugen einer Dielektrikumschicht als Antireflex- und/oder Passivierungsschicht auf der Emitteroberfläche des Solarzellensubstrats.optional can now follow further process steps such as the creation a dielectric layer as an antireflection and / or passivation layer on the emitter surface of the solar cell substrate.
Anschließend werden Metallkontakte an den ersten Teilbereichen, die im vorangehenden Prozessverlauf zeitweise durch die Ätzbarriere gegen ein Ätzen der Emitterschicht geschützt wurden, erzeugt. Aufgrund der hohen Oberflächendotierungskonzentration bzw. des geringen Schichtwiderstands in diesen ersten Teilbereichen kann ein guter Ohm'scher Kontakt zwischen den Metallkontakten und dem Silizium-Solarzellensubstrat erreicht werden. Die Metallkontakte können mit beliebigen Technologien erzeugt werden. Es werden jedoch industriell einfach umsetzbare Technologien wie zum Beispiel der Siebdruck einer Metallpartikel-haltigen Dickfilmpaste bevorzugt.Then be Metal contacts on the first sections, the previous Process course temporarily through the etching barrier against etching of the Emitter layer protected were generated. Due to the high surface doping concentration or the low sheet resistance in these first sections can be a good ohmic Contact between the metal contacts and the silicon solar cell substrate be achieved. The metal contacts can be made with any technologies be generated. However, they are industrially easy to implement Technologies such as the screen printing of a metal particle-containing Thick film paste preferred.
Gemäß dem ersten Aspekt bzw. einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Erzeugens einer porösen Siliziumschicht auf. Dieser Prozessschritt wird bei Ausführungsform des zweiten Aspekts nach dem Abscheiden der Ätzbarriere an den nicht von der Ätzbarriere bedeckten zweiten Teilbereichen der Emitteroberfläche des Solarzellensubstrats durchgeführt. Vorzugsweise kann dieser Verfahrensschritt gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt des Ätzens der Emitteroberfläche in den nicht von der Ätzbarriere bedeckten zweiten Teilbereichen durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann, anstatt die Emitteroberfläche in den von der Ätzbarriere ungeschützten Bereichen flächig zu ätzen, ein Ätzverfahren gewählt werden, das zur Bildung einer zumindest teilweise porösen Siliziumschicht führt. Dies kann durch die richtige Wahl einer geeigneten Ätzlösung und geeigneten Ätzrandbedingungen wie zum Beispiel einer geeigneten Temperatur, einer geeigneten Ätzdauer, etc. erreicht werden. Die poröse Siliziumschicht kann dabei mit guter räumlicher Homogenität erzeugt werden und die Dicke der resultierenden Siliziumschicht kann durch geeignete Wahl der Prozessparameter beeinflusst werden.According to the first Aspect or a preferred embodiment of the second aspect the procedure has the additional Step of creating a porous Silicon layer on. This process step becomes in embodiment of the second aspect after the deposition of the etching barrier to the non of the etching barrier covered second portions of the emitter surface of the Solar cell substrate performed. Preferably, this process step can be performed simultaneously with the Process step of the etching the emitter surface in the not of the etching barrier covered second subsections. In other words can, rather than the emitter surface in the of the etching barrier unprotected Areas flat to etch, an etching process chosen to form an at least partially porous silicon layer leads. This can be done by the proper choice of a suitable etching solution and suitable Ätzrandbedingungen such as a suitable temperature, a suitable etching time, etc. can be achieved. The porous one Silicon layer can be generated with good spatial homogeneity and the thickness of the resulting silicon layer can be through appropriate choice of process parameters are affected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die zuvor erzeugte poröse Siliziumschicht anschließend aufoxidiert. Sie kann hierzu beispielsweise einem oxidierenden Medium wie zum Beispiel einer Säure oder einem ozonhaltigen, nasschemischen Bad oder einer anderen ozonhaltigen oder -produzierenden Quelle ausgesetzt werden. In diesem Fall sollte vorteilhafterweise die Ätzbarriere auch resistent gegen dieses oxidierende Medium sein.According to one another embodiment becomes the previously produced porous Silicon layer subsequently oxidized. You can do this, for example, an oxidizing medium such as an acid or an ozone-containing, wet-chemical bath or other ozone-containing bath or -producing source. In this case should advantageously the etch barrier also be resistant to this oxidizing medium.
Die Prozessparameter beim Oxidieren der porösen Siliziumschicht, zum Beispiel Prozessdauer, Prozesstemperatur, Oxidationsfähigkeit des verwendeten Mediums, etc., können so gewählt werden, dass die gesamte poröse Schicht aufoxidiert wird.The Process parameters in oxidizing the porous silicon layer, for example Process duration, process temperature, oxidizing capacity of the medium used, etc., can so chosen be that whole porous Layer is oxidized on.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann dann die eventuell zuvor oxidierte poröse Siliziumschicht in einem weiteren Prozessschritt geätzt und auf diese Weise entfernt werden. Indem die Oberfläche der Emitterschicht nicht einfach in einem einzigen Ätzschritt flächig abgeätzt wird sondern zunächst eine poröse Schicht erzeugt wird, die anschließend aufoxidiert und dann weggeätzt wird, kann ein homogeneres Ätzergebnis erzielt werden. Die poröse Siliziumschicht kann auch ohne zuvor oxidiert worden zu sein alkalisch geätzt werden.According to a further embodiment, the possibly previously oxidized porous silicon layer can then be etched in a further process step and removed in this way. By not simply etching away the surface of the emitter layer in a single etching step, but towards Next, a porous layer is produced, which is then oxidized and then etched away, a more homogeneous etching result can be achieved. The porous silicon layer can also be etched alkaline without being previously oxidized.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird das Ätzen der oxidierten porösen Siliziumschicht nach dem Entfernen der Ätzbarriere durchgeführt. Dabei kann in vorteilhafter Weise genutzt werden, dass die oxidierte poröse Siliziumschicht von Ätzmedien angegriffen werden kann, die reines, nicht-oxidiertes Silizium nicht bzw. kaum angreifen. Somit kann gemäß dieser Ausführungsform zunächst in den von der Ätzbarriere ungeschützten zweiten Teilbereichen geätzt und dabei eine poröse Siliziumschicht erzeugt und danach aufoxidiert werden; anschließend kann die Ätzbarriere entfernt werden; nachfolgend kann die poröse Siliziumschicht in einem weiteren Ätzvorgang entfernt werden, wobei bei entsprechender Wahl des Ätzmediums die zuvor von der Ätzbarriere geschützten ersten Teilbereiche bei diesem Vorgang nicht bzw. kaum angegriffen werden. Vorteilhafterweise kann ein beim Erzeugen des flächigen Emitters erzeugtes Phosphorglas bei diesem zusätzlichen Ätzschritt auch mitentfernt werden.According to one more another embodiment will the etching the oxidized porous Silicon layer performed after removing the etching barrier. there can be used advantageously that the oxidized porous silicon layer of etching media can not be attacked, the pure, non-oxidized silicon is not or hardly attack. Thus, according to this embodiment first in that of the etching barrier unprotected etched in the second subareas and a porous one Silicon layer produced and then oxidized; subsequently can the etch barrier be removed; Subsequently, the porous silicon layer in a further etching are removed, with appropriate choice of the etching medium previously from the etch barrier protected first parts of this process not or hardly attacked become. Advantageously, when generating the flat emitter phosphor glass also removed during this additional etching step become.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Dicke der erzeugten porösen Siliziumschicht optisch detektiert werden. Die poröse Siliziumschicht hat einen anderen Brechungsindex als massives Silizium, so dass es bei dünnen porösen Siliziumschichten zu Interferenzeffekten kommen kann. Je nach Dicke der porösen Siliziumschicht kann diese, ähnlich einer Antireflexschicht, in verschiedenen Farben erscheinen. Somit kann die Dicke der erzeugten porösen Siliziumschicht bereits während des Ätzvorgangs aufgrund der Farbe der porösen Siliziumschicht abgeschätzt werden. Da die poröse Siliziumschicht in einem anschließenden Ätzschritt vorzugsweise vollständig entfernt wird, wodurch die Dicke der darunter verbleibenden Emitterschicht in dem Solarzellensubstrat reduziert wird, kann auf diese Weise indirekt optisch abgeleitet werden, wie hoch der Schichtwiderstand der verbleibenden Emitterschicht nach Entfernen der porösen Siliziumschicht sein wird. Alternativ könnte die Dicke der erzeugten porösen Siliziumschicht auch ellipsometrisch bestimmt werden.According to one another embodiment the thickness of the generated porous Silicon layer can be optically detected. The porous silicon layer has a different refractive index than solid silicon, so that it at thin porous silicon layers interference effects can occur. Depending on the thickness of the porous silicon layer can these, similar an antireflective layer, appear in different colors. Consequently can the thickness of the generated porous Silicon layer already during of the etching process due to the color of the porous Silicon layer estimated become. Because the porous Silicon layer in a subsequent etching step preferably completely removed which reduces the thickness of the emitter layer remaining thereunder in which solar cell substrate is reduced, can in this way Indirectly derived, how high the sheet resistance the remaining emitter layer after removal of the porous silicon layer will be. Alternatively could the thickness of the generated porous Silicon layer also be determined ellipsometrically.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Schritt des Ätzens der Emitteroberfläche, des Erzeugens der porösen Siliziumschicht und/oder des Oxidierens der porösen Siliziumschicht mit einer flüssigen Lösung durchgeführt. Es können z. B saure Lösungen verwendet werden. Zum Beispiel können Lösungen von Säuren, die Silizium oder Siliziumoxid angreifen, wie zum Beispiel HF, HNO3, H2SO4 oder Kombinationen davon, verwendet werden. Die Verwendung von flüssigen Ätzlösungen ermöglicht unter anderem ein sehr homogenes Ätzen bei hoher Ätzkapazität und/oder Ätzrate.According to a further embodiment, the step of etching the emitter surface, producing the porous silicon layer and / or oxidizing the porous silicon layer is performed with a liquid solution. It can z. B acidic solutions are used. For example, solutions of acids that attack silicon or silicon oxide, such as HF, HNO 3 , H 2 SO 4 or combinations thereof, may be used. Among other things, the use of liquid etching solutions enables very homogeneous etching with a high etching capacity and / or etching rate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Erzeugen des flächigen Emitters mittels einer POCl3-Gasphasendiffusion oder aber durch Spray-On oder Spin-On durchgeführt und das dabei entstehende Phosphorglas wird vor dem Aufbringen der Ätzbarriere nicht entfernt. Die POCl3-Gasphasendiffusion ist industriell gut umsetzbar und weit verbreitet. Das bei der Diffusion entstehende Phosphorglas muss regelmäßig nach der Diffusion von der Emitteroberfläche wieder entfernt werden, bevor z. B. weitere Antireflex- oder Passivierungsschichten abgeschieden werden. Bei dem vorgestellten Verfahren muss dieses Abätzen des Phosphorglases jedoch nicht direkt nach der Diffusion erfolgen, wo es einen zusätzlichen Prozessschritt darstellen würde, sondern kann gleichzeitig mit einem der späteren Ätzschritte, beispielsweise dem Ätzschritt zum Entfernen der porösen Siliziumschicht nach dem Entfernen der Ätzbarriere, durchgeführt werden. Auf diese Weise können der Prozessierungsaufwand und die damit verbundenen Kosten reduziert werden.According to a further embodiment, the generation of the flat emitter is carried out by means of a POCl 3 gas phase diffusion or else by spray-on or spin-on, and the resulting phosphorus glass is not removed before the application of the etching barrier. The POCl 3 gas phase diffusion is industrially well implemented and widely used. The resulting during the diffusion of phosphorus glass must be regularly removed after diffusion from the emitter surface again, before z. B. further antireflective or passivation layers are deposited. However, in the process presented, this phosphor glass etching does not have to be done directly after diffusion, where it would be an additional process step, but can be performed simultaneously with one of the later etching steps, for example, the etching step to remove the porous silicon layer after removal of the etch barrier , In this way, the processing effort and the associated costs can be reduced.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Ätzbarriere mit Hilfe einer Kunststoff enthaltenden Paste aufgebracht. Eine solche Paste kann hochviskos (dickflüssig) sein, so dass sie beispielsweise mittels herkömmlicher Siebdrucktechnologie lokal auf die zu schützenden ersten Teilbereiche der Emitteroberfläche aufgedruckt werden kann. Alternativ kann die Paste niedrigviskos (dünnflüssig) sein, so dass sie beispielsweise im Ink-Jet-Verfahren lokal aufgespritzt werden kann. Die zunächst viskose Paste kann anschließend beispielsweise durch Wärmebehandlung oder durch Bestrahlen mit UV-Licht ausgehärtet werden und so eine Eigenschaft als zuverlässige Ätzbarriere erhalten.According to one another embodiment becomes the etch barrier applied by means of a paste containing plastic. A such paste can be highly viscous (thick), so they for example by means of conventional Screen printing technology locally on the first sections to be protected the emitter surface can be printed. Alternatively, the paste may be low viscosity be (thin), so that they are sprayed locally, for example, in the ink-jet process can be. The first viscous paste can subsequently for example, by heat treatment or cured by irradiation with UV light and so a property as a reliable etch barrier receive.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Ätzbarriere und/oder die Metallkontakte mittels Siebdruck aufgebracht werden. Die Siebdrucktechnologie ist industriell gut erprobt und mit vielen Vorteilen verbunden. Zudem stehen bei vielen herkömmlichen Fertigungsanlagen bereits Siebdrucker und diesbezügliches Know-how bereit, so dass die Anlagen in einfacher Weise zur Realisierung des vorgestellten Verfahrens modifiziert werden können.According to others embodiments can the etching barrier and / or the metal contacts are applied by screen printing. The screen printing technology is well tested industrially and with many Benefits connected. In addition, many are conventional Production equipment already screen printer and in this regard Know-how ready, making the equipment easy to implement of the presented method can be modified.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Silizium-Solarzelle mit einem selektiven Emitter vorgestellt. Die Solarzelle umfasst: ein Solarzellensubstrat mit einem flächigen Emitter an einer als Emitteroberfläche dienenden Frontseiten- und/oder Rückseitenoberfläche davon, eine Dielektrikumschicht und Emitter-Metallkontakte an der Emitteroberfläche. Der flächige Emitter weist in ersten Teilbereichen eine höhere Oberflächendotierungskonzentration auf als in angrenzenden zweiten Teilbereichen. Mit anderen Worten handelt es sich um einen selektiven Emitter. Das Solarzellensubstrat weist in den ersten Teilbereichen eine größere Dicke auf als in den zweiten Teilbereichen. Mit anderen Worten befindet sich zwischen den ersten und den zweiten Teilbereichen eine geringfügige Stufe, wie sie zum Beispiel beim Rückätzen des Emitters während eines Fertigungsverfahrens, wie es oben beschrieben wurde, entstehen kann. Die Dielektrikumschicht, beispielsweise aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, die zum Beispiel als Antireflex- und/oder Passivierungsschicht dienen kann, bedeckt im Wesentlichen die gesamte Emitteroberfläche und ist lokal zwischen den Emitter-Metallkontakten und dem Solarzellensubstrat angeordnet. Mit anderen Worten trennt die Dielektrikumschicht die Emitter-Metallkontakte zumindest teilweise von der Oberfläche des Solarzellensubstrats, wobei die Metallkontakte die Dielektrikumschicht jedoch zumindest lokal durchdringen kann, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Metallkontakten und dem Solarzellensubstrat zu ermöglichen.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a silicon solar cell having a selective emitter. The solar cell comprises: a solar cell substrate having a planar emitter on a front side and / or back surface thereof serving as an emitter surface, a dielectric layer, and emitter metal contacts on the emitter surface. The planar emitter has a higher surface doping concentration in first partial areas than in adjacent two th subareas. In other words, it is a selective emitter. The solar cell substrate has a greater thickness in the first partial regions than in the second partial regions. In other words, there is a slight step between the first and second portions, such as may occur during etch back of the emitter during a manufacturing process as described above. The dielectric layer, for example of silicon nitride or silicon oxide, which can serve, for example, as an antireflection and / or passivation layer, covers substantially the entire emitter surface and is arranged locally between the emitter metal contacts and the solar cell substrate. In other words, the dielectric layer separates the emitter metal contacts at least partially from the surface of the solar cell substrate, wherein the metal contacts, however, can penetrate the dielectric layer at least locally to allow electrical contact between the metal contacts and the solar cell substrate.
Die vorgestellte Silizium-Solarzelle lässt sich unter anderem mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens in vorteilhafter Weise herstellen. Aufgrund des selektiven Emitters weist sie einen hohen Wirkungsgrad auf. Ferner ist vorteilhaft, dass sich die für gute Antireflex- und Passivierungseigenschaften unvermeidliche Dielektrikumschicht der Solarzelle unter den Emitter-Metallkontakten befindet, so dass die Metallkontakte frei liegen und ohne vorheriges Entfernen einer sie bedeckenden Dielektrikumschicht kontaktiert bzw. verlötet werden können.The presented silicon solar cell can be with, among others Help produce the method described above in an advantageous manner. Due to the selective emitter, it has a high efficiency on. It is also advantageous that the good antireflection and passivation properties unavoidable dielectric layer of the solar cell under the emitter metal contacts is located so that the metal contacts are exposed and without prior Removal of a covering dielectric layer contacted or soldered can be.
Nachfolgend werden noch einige mögliche Eigenschaften und Vorteile des Fertigungsverfahrens und der Solarzelle gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.following will have some potential properties and advantages of the manufacturing method and the solar cell according to embodiments of the present invention.
Das Verfahren ermöglicht die kostengünstige Applikation einer rückgeätzten und/oder selektiven Emitterstruktur mit einer Steigerung des Wirkungsgrades der gefertigten Solarzellen von über vier Prozent relativ, hervorgerufen durch eine Erhöhung von Kurzschlussstrom und/oder offener Klemmspannung und/oder Füllfaktor der Solarzelle.The Procedure allows the cost-effective application a re-etched and / or selective emitter structure with an increase in efficiency the manufactured solar cells of about four percent relative, caused by an increase in short-circuit current and / or open clamping voltage and / or filling factor of the solar cell.
Neben der Wirkungsgradsteigerung kann eine Solarzelle mit selektiver Emitterstruktur noch weitere Vorteile bieten. Bei einer Standardsolarzelle mit homogenem Emitter kann das Legieren der Metallkontakte einen kritischen Prozessschritt darstellen. Das Prozessfenster beim Einstellen der dabei erforderlichen Temperaturen kann relativ klein sein, da man sich bei den Schichtwiderständen des Emitters von 50 bis 60 Ohm per square schon am Rande des Möglichen befinden kann. Bei einer selektiven Emitterstruktur kann eine höhere Dotierung unter den Metallkontakten, das heißt in den ersten Teilbereichen, gewählt werden, so dass das Fenster möglicher Prozessparameter größer wird.Next The increase in efficiency can be a solar cell with selective emitter structure offer even more benefits. For a standard solar cell with homogeneous Emitter can make the metal contacts a critical process step represent. The process window when setting the required Temperatures can be relatively small because of the layer resistances of the Emitters from 50 to 60 ohms per square already on the verge of the possible can be located. For a selective emitter structure, higher doping may be used under the metal contacts, that is to say in the first subregions, so that the window is more possible Process parameter becomes larger.
Bei der Optimierung von Dickfilmpasten musste bisher ein Kompromiss zwischen Fingerleitfähigkeit, Kontaktwiderstand und Rheologie (Fließverhalten) eingegangen werden. Da ein guter elektrischer Kontakt bei einem selektiven Emitter einfacher herzustellen ist, können Dickfilmpasten auf andere Parameter hin optimiert werden, wie zum Beispiel eine höhere Fingerleitfähigkeit und ein optimiertes Fließverhalten, was den Siebdruck feinerer Finger ermöglicht.at the optimization of thick film pastes had to compromise so far between finger conductivity, Contact resistance and rheology (flow behavior) are received. As a good electrical contact with a selective emitter easier to produce is, can Dickfilmpasten be optimized for other parameters, such as Example a higher one finger conductivity and optimized flow behavior, which enables screen printing of finer fingers.
Die selektive Emitterstruktur kann unmittelbar die Verwendung kostengünstigerer Siebdruckpasten erlauben, ohne dass der Wirkungsgrad der Solarzellen negativ beeinflusst würde.The Selective emitter structure can immediately make the use more cost effective Screen printing pastes allow, without the efficiency of the solar cells would be negatively affected.
Zudem ermöglicht ein selektiver Emitter die sinnvolle Anwendung von Verfahren zur Herstellung feinerer Metallkontakte. Zur Verringerung von Abschattungsverlusten ist es möglich, ein Metallgrid mit feineren Fingern herzustellen. Typische herkömmliche Fingerbreiten liegen im Bereich zwischen 100 und 140 μm. Reduziert man die Fingerbreite unter 80 μm, so liefert die Solarzelle mehr Strom aufgrund der geringeren Abschattung durch die Metallisierung. Der Serienwiderstand kann bei herkömmlichen Solarzellen jedoch ansteigen, weil die Kontaktfläche zwischen der Metallisierung und der Substratoberfläche ebenfalls reduziert wird. Im Falle der Zelle mit selektivem Emitter kann der spezifische Kontaktwiderstand aufgrund der höheren Dotierung unter den Fingern reduziert werden, so dass sich der Gesamtserienwiderstand nicht erhöht.moreover allows a selective emitter the wise application of procedures for Production of finer metal contacts. To reduce shading losses Is it possible, to make a metalgrid with finer fingers. Typical conventional Finger widths are in the range between 100 and 140 microns. Reduced the finger width is below 80 μm, Thus, the solar cell provides more power due to the lower shading through the metallization. The series resistance can be conventional However, solar cells increase because of the contact area between the metallization and the substrate surface is also reduced. In the case of the cell with selective emitter can the specific contact resistance due to the higher doping be reduced under the fingers, so that the overall series resistance not increased.
Um die Prozessstabilität zu gewährleisten, ist eine zusätzliche Entwicklung weiterer Messgeräte für den Einsatz in einer Fertigungslinie, die das vorgestellte Fertigungsverfahren umsetzt, nicht erforderlich. Kommerziell erhältliche und im Solarzellenbau bereits eingesetzte optische und elektrische Messgeräte sind dazu in der Lage, den Prozess on-line zu überwachen. Der Prozess ist sehr leicht kontrollierbar und außerdem stabil und variabel.Around the process stability to ensure an additional Development of further measuring instruments for use in a production line, the presented manufacturing process implements, not required. Commercially available and already in solar cell construction used optical and electrical measuring devices are capable of, the To monitor process online. The process is very easy to control and also stable and variable.
Ferner hat sich herausgestellt, dass bei Solarzellen, die gemäß den vorgestellten Verfahren hergestellt wurden, durch das Rückätzen – ganzflächig oder in den nicht von der Ätzbarriere geschützten Bereichen – ein Emitter erzeugt werden kann, der ein vorteilhaftes Dotierungsprofil aufweist. Emitter, bei denen zu deren Herstellung eine Dotandenquelle direkt in Kontakt mit der Solarzellensubstratoberfläche gebracht wurde und die Dotanden dann bei hohen Prozesstemperaturen in die Oberfläche eindiffundiert wurden, haben direkt an der Oberfläche eine extrem hohe Dotierungskonzentration. Diese kann sich insbesondere negativ auf die Solarzelleneigenschaften bei Beleuchtung mit hochfrequentem (blauem oder UV-)Licht auswirken. Durch das Zurückätzen in den zweiten Teilbereichen der Emitteroberfläche kann diese sehr stark dotierte oberflächliche Schicht entfernt werden, was sich positiv auf die IQE im kurzwelligen Spektralbereich auswirken kann. Es wurde festgestellt, dass das Dotierprofil bei den zurückgeätzten Emitter sehr viel flacher verläuft als bei Emitter direkt nach der Diffusion, die insgesamt den gleichen Schichtwiderstand aufweisen. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass ein zurückgeätzter Emitter mit einem Schichtwiderstand von 60 Ohm per square etwa ähnlich gute Eigenschaften bezüglich der IQE und/oder der Emittersättigungsstromdichte J0e aufweisen kann wie ein herkömmlich hergestellter Emitter mit einem Schichtwiderstand von 100 Ohm per square. Somit können bei den vorgestellten Verfahren auch in den zweiten Teilbereichen, die bei der fertigen Solarzelle zwischen den Metallkontakten liegen werden, relativ niedrige Schichtwiderstände von beispielsweise 60 bis 80 Ohm per square akzeptiert werden, ohne dass sich das negativ auf die IQE der Solarzelle auswirken würde. Gleichzeitig können mit derart niedrigen Schichtwiderständen die Gesamtserienwiderstände innerhalb der Solarzelle reduziert werden, was sich insgesamt positiv auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkt.Furthermore, it has been found that in the case of solar cells produced in accordance with the presented methods, by etching back on the entire surface or in the regions not protected by the etching barrier, it is possible to produce an emitter which has a favorable doping profile. Emitters in which a dopant source was brought into direct contact with the solar cell substrate surface for their production and the dopants were then diffused into the surface at high process temperatures have an extremely high doping concentration directly at the surface. This can be particularly negative for the solar cell properties when illuminated with high frequency (blue or UV) light. By etching back in the second subregions of the emitter surface, this very heavily doped superficial layer can be removed, which can have a positive effect on the IQE in the short-wave spectral range. It was found that the doping profile in the etched-back emitter is much flatter than in the case of emitters directly after diffusion, which have the same overall sheet resistance. For example, it has been found that a back-etched emitter having a sheet resistance of 60 ohms per square may have approximately similar properties with respect to IQE and / or emitter saturation current density J 0e as a conventional emitter having a sheet resistance of 100 ohms per square. Thus, in the presented methods, relatively low sheet resistances of, for example, 60 to 80 ohms per square can also be accepted in the second partial areas, which will lie between the metal contacts in the finished solar cell, without this having a negative effect on the IQE of the solar cell. At the same time, the total series resistances within the solar cell can be reduced with such low sheet resistances, which has an overall positive effect on the efficiency of the solar cell.
Es wird darauf hingewiesen, dass vorangehend in Bezug auf einzelne Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebene Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können auch Merkmale, die für das Fertigungsverfahren beschrieben wurden, mit Merkmalen der erfindungsgemäßen Solarzelle kombiniert werden.It It is noted that above in relation to individual embodiments features of the present invention in any manner be combined with each other. In particular, also features that are suitable for the manufacturing process have been described, with features of the solar cell according to the invention be combined.
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.The previously described and other aspects, features and advantages The present invention will become apparent from the following description specific embodiments with reference to the attached Drawings visible.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Zeichnungen sind jeweils nur schematische Prinzipskizzen. Insbesondere die Dicken der einzelnen Schichten sind nicht maßstabsgerecht dargestellt. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche Elemente.The Drawings are only schematic diagrams. Especially the thicknesses of the individual layers are not shown to scale. Same or similar Reference numerals in the drawings designate the same or similar Elements.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der ErfindungDetailed description of embodiments of the invention
Mit
Hilfe der
Ausgegangen
wird von einem Siliziumwafer
In
die Oberfläche
des p-leitenden Wafers
Danach
erfolgt die sogenannte Kantenisolation, bei der die elektrische
Verbindung zwischen dem auf der Frontseite erzeugten Emitterbereich
Nachdem
das Material der Ätzbarriere
Anschließend wird die erzeugte poröse Siliziumschicht in einer Säure, die Salpetersäure (HNO3) oder Schwefelsäure (H2SO4) enthält, aufoxidiert.Subsequently, the generated porous silicon layer is oxidized in an acid containing nitric acid (HNO 3 ) or sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
Nachdem
die Ätzbarriere
Auf
diese Weise wurde an der Oberfläche des
als Solarzellensubstrat
Anschließend wird über die
gesamte Frontseitenoberfläche
eine als Antireflexschicht und Passivierungsschicht dienende dielektrische
Schicht
Abschließend werden
auf die stark dotierten ersten Teilbereiche
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen", „aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer zusätzlicher Elemente nicht ausschließen sollen. Der Begriff „ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Elementen bzw. Gegenständen nicht aus. Ferner können zusätzlich zu den in den Ansprüchen genannten Verfahrensschritten weitere Verfahrensschritte nötig oder vorteilhaft sein, um die Solarzelle endgültig fertig zu stellen. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.Finally, it will pointed out that the terms "include", "exhibit" etc. the presence additional Do not exclude elements should. The term "one" also includes the presence of a plurality of elements or objects not out. Furthermore, can in addition to in the claims mentioned method steps further steps or necessary be advantageous to finalize the solar cell final. The Reference signs in the claims are only for better readability and should the scope of protection the claims restrict in any way.
Claims (14)
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| 8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: HAVERKAMP, HELGE, 78464 KONSTANZ, DE Inventor name: RAABE, BERND, 78464 KONSTANZ, DE Inventor name: BOOK, FELIX, 78464 KONSTANZ, DE Inventor name: HAHN, GISO, DR., 78462 KONSTANZ, DE Inventor name: DASTGHEIB-SHIRAZI, AMIR, 78467 KONSTANZ, DE |
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