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Die
Erfindung betrifft eine Halbleiterstruktur gemäß Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 14.
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Zur
Herstellung eines elektronischen Bauteils ist es üblich, in
einem Halbleitersubstrat einen n-dotierten und einen p-dotierten
Bereich aneinandergrenzen zu lassen, so dass sich ein pn-Übergang ausbildet.
Je nach Art des Bauteils und Größe der dotierten
Bereiche zueinander, spricht man bei den dotierten Bereichen von
Basis bzw. von Emitter.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterstruktur, bei der
das Halbleitersubstrat einen n-dotierten Basisbereich und einen
zumindest teilweise daran angrenzenden p-dotierten Emitterbereich
zur Ausbildung eines Emitter/Basispn-Übergangs aufweist.
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Der
Emitterbereich erstreckt sich zumindest teilweise in etwa parallel
zu einer Oberfläche
des Halbleitersubstrates, die im Folgenden „Emitter-Oberfläche" genannt wird.
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Die
Halbleiterstruktur weist ferner eine n-Metallisierung und eine p-Metallisierung auf,
wobei die n-Metallisierung mit dem Basisbereich und die p-Metallisierung mit
dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden ist.
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Ladungsträger können somit
aus dem Basisbereich über
die n-Metallisierung und aus dem Emitterbereich über die p-Metallisierung abgeführt oder dem
elektronischen Bauteil zugeführt
werden.
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Im
Sinne der vorliegenden Anmeldung werden bei der Bezeichnung „elektrisch
leitend verbunden" solche
Ströme
oder Rekombinationseffekte vernachlässigt, die am oder über einen
pn-Übergang auftreten.
Im Sinne der vorliegenden Anmeldung sind somit Emitter und Basis
nicht über
den pn-Übergang elektrisch
leitend verbunden und dementsprechend ist die n-Metallisierung nicht
mit dem Emitterbereich und die p-Metallisierung nicht mit dem Basisbereich elektrisch
leitend verbunden.
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Typischerweise
werden Halbleiterstrukturen derart hergestellt, dass ein Siliziumwafer
als Halbleitersubstrat verwendet wird, wobei der Siliziumwafer bereits
eine Grunddotierung besitzt, im Falle der vorliegenden Erfindung
eine n-Grunddotierung.
An einer Oberfläche
dieses Siliziumwafers wird beispielsweise mittels Diffusion von
Fremdatomen ein Emitterbereich erzeugt, so dass sich zwischen p-dotierten Emitter
und der n-dotierten Basis ein pn-Übergang ausbildet.
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Für viele
Anwendungen, insbesondere für Silizium-Solarzellen,
ist hierbei die elektrische Passivierung der Oberfläche, an
der der Emitter angeordnet ist (die Emitter-Oberfläche) für eine hohe
Güte des
Bauteils von sehr großer
Bedeutung. Elektrische Passivierung bedeutet hierbei, dass eine
möglichst geringe
Rekombinationsrate im Bereich der zu passivierenden Oberfläche erzielt
werden soll.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterstruktur
und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, so dass eine
gute Passivierung der Emitter-Oberfläche erzielt wird, bzw. mit
herkömmlichen
Verfahren eine hohe elektrische Passivierungsgüte der Emitter-Oberfläche erzielbar
ist.
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Gelöst ist diese
Aufgabe durch eine Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 1 sowie durch ein
Verfahren gemäß Anspruch
14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Halbleiterstruktur finden sich
in den Ansprüchen
2 bis 13, vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens in den Ansprüchen 15
bis 23.
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Die
Erfindung bezieht sich insbesondere auf Halbleiterstrukturen, bei
denen ein n-dotierter Siliziumwafer als Halbleitersubstrat verwendet
wird, bei dem mittels Diffusion ein p-dotierter Emitterbereich an
einer Emitter-Oberfläche
erzeugt wird. Ebenso liegen jedoch auch andere Halbleitermaterialien
im Rahmen der Erfindung, bei denen an einer Emitter-Oberfläche eines
Halbleitersubstrates ein p-dotierter Emitterbereich angeordnet ist,
zur Ausbildung eines Emitter/Basis-pn-Übergangs mit einer n-dotierten
Basis.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für die Passivierung von Oberflächen eines Halbleitersubstrates,
an denen unmittelbar ein n-dotierter Bereich angeordnet ist, eine
Mehrzahl von Passivierungsmethoden bekannt ist, wohingegen die Passivierung
einer Oberfläche
eines Halbleitersubsstrates, an welche unmittelbar ein p-dotierter
Bereich angrenzt, vergleichsweise schwieriger realisierbar ist.
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Insbesondere
für die
Oberflächenpassivierung
von n-dotiertem Silizium eignen sich eine Fülle von verschiedenen Schichten,
die auf diese Oberfläche
aufgebracht, eine Passivierungswirkung erzeugen: Hierzu gehören z. B.
amorphes Silizium, amorphes Silizium-Carbid, Silizium-Nitrid, Aluminiumoxid und
insbesondere Siliziumoxid. Diese Methoden führen auch bei n-dotierten Bereichen,
welche eine hochdotierte Oberfläche
aufweisen (Dotierkonzentrationen > 1018 cm–3) zu sehr geringen
Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten
und damit zu einer guten Passivierungswirkung.
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Bei
einer Oberfläche
einer Halbleiterstruktur, bei der ein p-dotierter Bereich unmittelbar
an die Oberfläche
angrenzt, gestaltet sich die Passivierung vergleichsweise schwierig,
da beispielsweise Siliziumnitridschichten in den meisten Fällen im
Wesentlichen über
den Mechanismus der Feldeffektpassivierung funktionieren. Hierbei
sind feste, positive Ladungen in die Schicht eingebaut, was zu einer
Verdrängung
positiver Ladungen von der Oberfläche führt. Dies ist jedoch nur dann
effektiv, wenn positive Ladungsträger als Minoritätsladungsträger vorliegen. Die
Verwendung von Schichten wie z. B. amorphes Sili zium weisen bei
der Anwendung unter anderen den Nachteil auf, dass eine hohe Absorption
im Bereich kurzwelliger Strahlung stattfindet, so dass bei Halbleiterstrukturen,
in welche elektromagnetische Strahlung eingekoppelt werden soll,
ein Nachteil entsteht.
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Die
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur umfasst,
wie auch bereits bei den bekannten Halbleiterstrukturen beschrieben,
eine n-Metallisierung und eine p-Metallisierung
sowie ein Halbleitersubstrat mit einem n-dotierten Basisbereich
und einen zumindest teilweise daran angrenzenden p-dotierten Emitterbereich,
zur Ausbildung eines Emitter/Basis-pn-Übergangs.
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Der
Emitterbereich erstreckt sich zumindest teilweise in etwa parallel
zu einer Oberfläche
des Halbleitersubstrates, die im Folgenden „Emitteroberfläche" genannt wird.
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Die
n-Metallisierung ist mit dem Basisbereich und die p-Metallisierung
mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden.
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Wesentlich
ist, dass die Halbleiterstruktur zusätzlich einen n-dotierten Passivierungsbereich
umfasst. Dieser ist zumindest teilweise zwischen der Emitter-Oberfläche und
dem Emitterbereich angeordnet. Der Passivierungsbereich ist weder
mit der n-Metallisierung noch mit der p-Metallisierung elektrisch
leitend verbunden.
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Die
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur
besitzt somit grundsätzlich
die Eigenschaften einer an sich bekannten Halbleiterstruktur mit
einer n-dotierten Basis und einem p-dotierten Emitter. Entscheidend
ist, dass an der Emitter-Oberfläche des
Halbleitersubstrates zumindest teilweise der Passivierungsbereich
zwischen Emitter-Oberfläche
und Emitterbereich angeordnet ist. Es bildet sich somit ein Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang
aus, so dass der Emitter nicht mit der Emitter-Oberfläche elektrisch
leitend verbunden ist und in elektrischer Hinsicht somit von der
Oberfläche
und etwaigen Rekombinationszentren an der Emitter-Oberfläche, beispielsweise
durch Verunreinigungen oder Defekte in der Kristallstruktur abgeschirmt
ist.
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Darüber hinaus
ist die Emitter-Oberfläche somit
zumindest teilweise von dem n-dotierten Passivierungsbereich bedeckt,
der sich wesentlich effektiver und kostengünstiger mit bekannten Methoden passivieren
lässt,
verglichen mit einem unmittelbar bis an die Oberfläche heranreichenden
p-dotierten Bereich.
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Mit
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
ist somit die Ausbildung einer Halbleiterstruktur mit n-dotierter
Basis und p-dotiertem Emitter möglich, bei
der gleichzeitig die effektive Passivierung für n-dotierte Oberflächen zur
Passivierung der Emitter-Oberfläche
angewandt werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist der Passivierungsbereich derart ausgeführt, dass sich ein Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang
ausbildet, der im Wesentlichen parallel zur Emitter-Oberfläche des
Halbleitersubstrates verläuft.
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Zur
Vermeidung von Rekombinationsverlusten ist es vorteilhaft, dass
die Emitter-Oberfläche
des Halbleitersubstrates in dem Bereich, in dem sich der Passivierungsbereich
entlang der Emitter-Oberfläche erstreckt,
zumindest teilweise mit einer Passivierungsschicht bedeckt ist.
Hier sind insbesondere die zuvor beschriebenen bekannten Passivierungsschichten,
welche Silizium enthalten, insbesondere Schichten aus amorphem Silizium
oder amorphes Silizium-Carbid oder Silizium-Nitrid oder Silizium-Dioxid
vorteilhaft.
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Eine
Großzahl
der industriell hergestellten Halbleiterstrukturen besteht aus Silizium,
vorteilhafterweise ist das Halbleitersubstrat daher ein Siliziumwafer.
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Vorteilhafterweise
ist bei der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
der Passivierungsbereich vergleichsweise dünn ausgebildet, d. h. der Passivierungsbereich
ist derart ausgebildet, dass der Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang im Wesentlichen parallel
zur Emitter-Oberfläche
verläuft,
in einem Abstand von maximal 5 μm.
Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass insbesondere ein
Abstand von 2 μm,
im Weiteren insbesondere ein Abstand zwischen 0,1 μm und 0,5 μm zu der
Emitter-Oberfläche
vorteilhaft sind.
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Die
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur
ist somit derart aufgebaut, dass bei einem Schnitt in etwa senkrecht
zur Emitter-Oberfläche
ausgehend von der Emitter-Oberfläche
zunächst
der Passivierungsbereich, dann der Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang,
dann der Emitterbereich, dann der Emitter/Basis-pn-Übergang
und schließlich
die Basis folgt. Der Abstand des Emitter/Basis-pn-Übergangs zur
Emitter-Oberfläche
ist somit stets größer als
der Abstand des Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergangs zur Emitter-Oberfläche.
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Vorteilhafterweise
ist der Emitterbereich derart ausgebildet, dass der Emitter/Basis-pn-Übergang im
Wesentlichen parallel zu der Emitter-Oberfläche verläuft, in einem Abstand von maximal
5 μm, insbesondere
zwischen 1 μm
und 3 μm
zu der Emitter-Oberfläche.
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Zur
Ausbildung einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit,
insbesondere einer ausreichenden Mobilität für Minoritätsladungsträger und gleichzeitig Eingrenzung
der Minoritätsladungsträgerrekombination
ist es vorteilhaft, wenn der Basisbereich eine Dotierkonzentration
im Bereich 1014 cm–3 bis 1016 cm–3 aufweist, insbesondere,
dass der Basisbereich mittels Phosphor dotiert wird.
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Der
Emitterbereich weist typischerweise eine mit wachsendem Abstand
zur Emitter-Oberfläche
abfallende Dotierkonzentration auf, insbesondere, wenn der Emitterbereich
mittels Diffusion durch die Emitter-Oberfläche erzeugt wurde. Vorteilhafterweise weist
der Emitterbereich eine Peak-Dotierkonzentration, d. h. eine maximale
Dotierkonzentration von mindestens 1018 cm–3 auf,
insbesondere ist der Emitterbereich vorteilhafterweise mittels Bordiffusion
erzeugt.
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Der
Passivierungsbereich weist vorteilhafterweise eine Peak-Dotierkonzentration
von mindestens 1018 cm–3 auf.
Vorteilhafterweise wird der Passivierungsbereich durch Diffusion
von Phosphor erzeugt.
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Die
vorgenannten Werte für
die Dotierkonzentrationen von Basisbereich und Emitterbereich sind
insbesondere vorteilhaft, um mit der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
eine Solarzelle auf einem Siliziumwafer auszubilden.
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Die
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur eignet
sich insbesondere zur Herstellung einer Solarzelle, da insbesondere
bei einer Solarzelle verglichen mit an deren elektronischen Bauteilen
große
Oberflächen
und insbesondere eine Vorderseite des Halbleitersubstrates zur Einkopplung
elektromagnetischer Strahlung notwendig sind und an diesen Oberflächen eine
effiziente Passivierung wünschenswert
ist, um Rekombinationsverluste zu verringern und damit die Effizienz
der Solarzelle zu erhöhen.
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Eine
typische Solarzelle umfasst eine Halbleiterstruktur, welche eine
n-Metallisierung
und eine p-Metallisierung sowie ein Halbleitersubstrat umfasst.
Das Halbleitersubstrat weist eine wie zuvor beschriebene Vorderseite
zur Einkopplung elektromagnetischer Strahlung und eine im Wesentlichen
zu der Vorderseite parallele Rückseite
auf.
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Wesentlich
ist, dass die Halbleiterstruktur der Solarzelle eine wie zuvor beschriebene
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur
ist, so dass der Emitterbereich zumindest teilweise durch den Passivierungsbereich
von der Emitter-Oberfläche abgeschirmt
ist.
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Typischerweise
befindet sich der Emitter bei einer Solarzelle unmittelbar an der
Vorderseite zur Einkopplung elektromagnetischer Strahlung. Vorteilhafterweise
ist daher die Emitter-Oberfläche
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
die Vorderseite zur Einkopplung elektromagnetischer Strahlung.
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Bei
der Mehrzahl der industriell hergestellten Solarzellen findet sich
auf der Vorderseite der Solarzelle eine Metallisierung, welche mit
dem Emitter elektrisch leitend verbunden ist. Vorteilhafterweise weist
die erfindungsgemäße Solarzelle
daher eine p-Metallisierung auf der Vorderseite auf, welche die Vorderseite
der Solarzelle teilweise bedeckt. Weiterhin weist die Vorderseite
der Solarzelle mindestens einen von der p-Metallisierung bedeckten
Vorderseitenkontaktbereich auf, in welchem der Emitterbereich unmittelbar
an der Emitter-Oberfläche des
Halbleitersubstrates angeordnet ist und die p-Metallisierung elektrisch
leitend mit dem Emitterbereich verbunden ist.
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In
dieser Ausführungsform
erstreckt sich der Passivierungsbereich somit nicht über die
gesamte Vorderseite der Solarzelle, sondern die Solarzelle weist
mindestens einen Vorderseitenkontaktbereich auf, in dem der Emitterbereich
un mittelbar an die Emitter-Oberfläche des Halbleitersubstrates
angrenzt und auf der Emitter-Oberfläche in diesem Bereich befindet
sich zumindest teilweise die p-Metallisierung, welche elektrisch
leitend mit dem Emitterbereich verbunden ist, so dass Ladungsträger aus
dem Emitter über
die p-Metallisierung abgeführt
werden können.
Gleichzeitig ist in den übrigen
Bereichen der Vorderseite durch den zwischengeordneten Passivierungsbereich
eine effektive elektrische Passivierung des Emitters gewährleistet.
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Ebenso
sind Solarzellenstrukturen bekannt, bei denen sich sowohl die p-
als auch die n-Metallisierung auf der Rückseite der Solarzelle befinden und
der im Bereich der Vorderseite der Solarzelle angeordnete Emitter
beispielsweise durch Löcher
in dem Halbleitersubstrat mit der p-Metallisierung auf der Rückseite
der Solarzelle elektrisch leitend verbunden ist.
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Bei
solchen Solarzellen ist es vorteilhaft, wenn der Passivierungsbereich
in etwa die gesamte Vorderseite der Solarzelle bedeckt, so dass
der Emitterbereich über
die gesamte Vorderseite der Solarzelle elektrisch abgeschirmt wird
und Rekombinationsverluste vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
ist die n-Metallisierung auf der Rückseite der Solarzelle angeordnet
und mit der Basis der Solarzelle elektrisch leitend verbunden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur,
bei dem an einer Emitter-Oberfläche
eines n-dotierten Halbleitersubstrates ein p-Emitterbereich erzeugt
wird, zur Ausbildung eines Emitter/Basis-pn-Übergangs.
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Wesentlich
ist, dass an der Emitter-Oberfläche
zumindest teilweise ein n-Passivierungsbereich erzeugt
wird, der zumindest teilweise zwischen Emitter-Oberfläche und Emitterbereich angeordnet
ist.
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Vorteilhafterweise
werden p-Emitterbereich und/oder Passivierungsbereich mittels Diffusion
von Dotierstoffen erzeugt.
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Vorteilhafterweise
wird der Passivierungsbereich dadurch ausgebildet, dass eine Überkompensation
des Emitterbereichs erzeugt wird. Dies bedeutet, dass zunächst der
Emitter unmittelbar an die Emitter-Oberfläche des Halbleitersubstrates
angrenzend ausgebildet wird. Anschließend wird zumindest teilweise
an der Emitter-Oberfläche
eine n-Dotierung vorgenommen, welche mindestens eine der p-Dotierung
des Emitters entsprechende Dotierkonzentration aufweist. Hierdurch
findet eine Überkompensation des
ursprünglich
p-dotierten Emitterbereichs an der Emitter-Oberfläche statt,
so dass der gewünschte n-dotierte
Passivierungsbereich erzeugt wird.
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Vorteilhafterweise
wird die Überkompensation
mittels Diffusion durch die Emitter-Oberfläche erzeugt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Emitter-Oberfläche
der Halbleiterstruktur zumindest teilweise mit einer Passivierungsschicht
bedeckt. Diese Passivierungsschicht ist vorteilhafterweise eine
siliziumenthaltende Schicht, insbesondere eine Schicht amorphes
Silizium oder amorphes Silizium-Carbid oder Silizium-Nitrid oder
Siliziumdioxid.
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Vorteilhafterweise
wird an der Emitter-Oberfläche
eine Vorderseitenmetallisierung aufgebracht, welche die Emitter-Oberfläche zumindest
teilweise bedeckt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst dieses folgende Verfahrensschritte:
- In einem Schritt
A wird ein p-dotierter Emitterbereich an einer Emitter-Oberfläche eines
n-dotierten Halbleitersubstrates eindiffundiert.
- In einem Schritt B wird eine Maskierungsschicht auf die Emitter-Oberfläche aufgebracht,
welche die Emitter-Oberfläche
teilweise bedeckt.
- Anschließend
wird in einem Schritt C ein Passivierungsbereich in den Bereichen
der Emitter-Oberfläche
eindiffundiert, die nicht durch die Maskierungsschicht bedeckt sind.
Der Passivierungsbereich wird durch Überkompensation des Emitterbereichs
erzeugt.
- In einem Schritt D wird eine p-Metallisierung auf die Emitter-Vorderseite
des Halbleitersubstrates zumindest in den Bereichen aufgebracht,
in denen der Emitterbereich unmittelbar an der Emitter-Vorderseite
angeordnet ist.
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In
dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird somit mittels der Maskierungsschicht definiert, an welchen
Bereichen der Emitter-Oberfläche
der Passivierungsbereich angeordnet ist und an welchen Bereichen
sich der Emitterbereich bis unmittelbar an die Emitter-Oberfläche erstreckt,
so dass er mittels der p-Metallisierung kontaktiert werden kann
und somit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen p-Metallisierung
und Emitter hergestellt ist.
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Vorteilhafterweise
wird in Schritt B die Maskierungsschicht in einem an sich bekannten
Verfahren mittels Photolithographie oder Verwendung eines Inkjet-Druckverfahrens erzeugt.
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Ebenso
liegt es im Rahmen der Erfindung, in Schritt B die Maskierungsschicht
mittels an sich bekannter Siebdruckverfahren zu erzeugen.
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Zur
weiteren elektrischen Passivierung der Emitter-Oberfläche wird
vorteilhafterweise auf der Emitter-Oberfläche ganzflächig oder zumindest an der
Emitter-Oberfläche im Passivierungsbereich
eine Passivierungsschicht aufgebracht. Insbesondere ist es vorteilhaft,
dass die Passivierungsschicht zwischen Schritt C und D aufgebracht
wird.
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Die
in Schritt D aufgebrachte p-Metallisierung wird in einer vorteilhaften
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf die ganzflächig
die Emitter-Oberfläche bedeckende
Passivierungsschicht aufgebracht. Anschließend wird die p-Metallisierung
durch die Passivierungsschicht hindurch mit dem darunter liegenden
Emitterbereich elektrisch leitend verbunden. Dies ist beispielsweise
durch einen Temperaturschritt möglich,
bei dem die p-Metallisierung aufgrund von Wärmeeinwirkung durch die Passivierungsschicht
hindurchtritt und einen Kontakt zu dem Emitterbereich erzeugt, so
dass der Emitterbereich elektrisch leitend mit der p-Metallisierung
verbunden ist.
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Weitere
Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur und
des erfindungemäßen Verfahrens
werden im Folgenden in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
mit schematischer Darstellung des Herstellungsprozesses eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Halbleiterstruk
tur.
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In 1 ist
in den A bis F jeweils
eine Halbleiterstruktur dargestellt, wobei die Abbildungen den Herstellungsprozess
einer in F schematisch dargestellten
erfindungemäßen Halbleiterstruktur
zeigen.
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In
dem Ausführungsbeispiel
wird eine Solarzelle erzeugt, welche eine erfindungsgemäße Halbleiterstruktur
umfasst und in einem erfindungemäßen Verfahren
hergestellt wird.
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Ausgangsmaterial
ist ein n-dotierter Siliziumwafer 1, der in etwa homogen
dotiert ist mit einer Dotierkonzentration von etwa 1015 cm–3.
Der n-dotierte Bereich des Silziumwafers 1 stellt somit
den Basisbereich dar.
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Wie
in A schematisch dargestellt, befindet
sich im oberen Bereich des Siliziumwafers 1 ein p-dotierter
Emitterbereich 2, so dass sich zwischen Basisbereich und
Emitterbereich 2 ein Emitter/Basis-pn-Übergang 2a ausbildet.
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Der
Emitterbereich wird erzeugt, in dem über eine Emitter-Oberfläche 2b des
Siliziumwafers 1 eine Eindiffusion von Boratomen vorgenommen
wird. Die Peak-Konzentration des Emitters beträgt hierbei etwa 1018 cm–3.
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Anschließend wird
wie in B dargestellt, die Emitter-Oberfläche 2b durch
thermische Behandlung in einer Sauerstoffatmosphäre oxidiert, so dass sich eine
Maskierungsschicht 3 aus Siliziumdioxid auf der Emitter-Oberfläche 2b ausbildet.
Dies weist weiterhin den Vorteil auf, dass bei Ausbildung dieser Maskierungsschicht 3 die
Boratome im Emitterbereich 2 tiefer in den Siliziumwafer 1 eingetrieben
werden, bezüglich
der Emitter-Oberfläche 2b.
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Die
Maskierungsschicht 3 wird lokal strukturiert, indem Teile
der Maskierungsschicht 3 entfernt werden. Dies ist beispielsweise
durch lokales Aufbringen einer Lackschicht 4 möglich, wie
in C dargestellt.
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Die
Lackschicht 4 wird in den Bereichen aufgebracht, in denen
bei der fertig gestellten Solarzelle sich der Emitterbereich 2 bis
unmittelbar an die Emitter-Oberfläche 2b erstrecken
soll.
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Die
Lackschicht 4 kann beispielsweise mittels Siebdruckverfahren
aufgebracht werden, ebenso ist das Aufbringen der Lackschicht mittels
Photolithographieverfahren oder eines Inkjet-Druckverfahrens denkbar.
Die Maskierungsschicht wird in den Bereichen entfernt, in denen
sie nicht durch die Lackschicht bedeckt ist und anschließend wird
die Lackschicht wieder entfernt.
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Alternativ
kann die Strukturierung der Maskierungsschicht 3 auch dadurch
erfolgen, dass mit Laserstrahlung oder durch mechanische Einwirkung die
Maskierungsschicht 3 teilweise entfernt wird.
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All
diesen Verfahren ist gemeinsam, dass ein in D dargestelltes
Ergebnis erzielt wird, dass die Maskierungsschicht 3 nur
noch teilweise die Emitter-Oberfläche 2b bedeckt.
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In
einem darauf folgenden Schritt werden, wie in E dargestellt, über die
Emitter-Oberfläche 2b Phosphoratome
eindiffundiert, zur Herstellung eines Passivierungsbereichs 5.
Der Passivierungsbereich 5 wird somit dadurch erzeugt,
dass eine Überkompensation
des Emitterbereichs 2 im Bereich der Emitter-Oberfläche 2b mittels
der eindiffundierten Phosphoratome stattfindet. Der Passivierungsbereich 5 muss
daher mindestens eine Dotierkonzentration von 1018 cm–3 aufweisen.
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Hierdurch
bildet sich zwischen Passivierungsbereich 5 und Emitterbereich 2 ein
Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang 5a aus.
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Wie
in E ersichtlich, erfolgt in den Bereichen,
in denen die Emitter-Oberfläche 2b durch die
Maskierungsschicht 3 bedeckt ist, keine Eindiffusion von
Phosphoratomen und dementsprechend bildet sich unter der verbliebenen
Maskierungsschicht 3 auch kein Passivierungsbereich 5 aus,
sondern der Emitterbereich 2 reicht bis unmittelbar an
die Emitter-Oberfläche 2b heran.
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Die
zuvor beschriebenen Diffusionen von Emitterbereich 2 und
Passivierungsbereich 5 wurden derart ausgeführt, dass
sich der Emitter/Basis-pn-Übergang 2a in
einem Abstand von etwa 3 μm zu
der Emitter-Oberfläche 2b befindet
und in etwa parallel zu dieser Oberfläche 2b verläuft. Der
Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang 5a befindet sich
in einem Abstand von etwa 0,3 μm
zu der Emitter-Oberfläche 2b und
verläuft
ebenfalls in etwa parallel zu dieser.
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Wie
in E ersichtlich, ist nun der Großteil der
Emitter-Oberfläche 2b durch
den n-dotierten Passivierungsbereich 5 bedeckt und kann
daher mit den herkömmlich
bekannten Methoden für
n-dotierte Oberflächen
passiviert werden.
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Der
p-dotierte Emitterbereich 2 ist durch den Passivierungsbereich 5 und
insbesondere den Passivierungsbereich/Emitter-pn-Übergang 5a von
der Emitter-Oberfläche 2b elektrisch
abgeschirmt, ausgenommen diejenigen Bereiche, in denen der Emitterbereich 2 unmittelbar
an die Emitter-Oberfläche 2b angrenzt.
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In
einem weiteren Schritt wird wie in F ersichtlich
zunächst
die Maskierungsschicht 3 vollständig entfernt und anschließend auf
der gesamten Emitter-Oberfläche 2b eine
Passivierungsschicht 6 aufgebracht. Diese Passivierungsschicht
kann beispielsweise eine mittels thermischer Oxidation hergestellte
Siliziumdioxidschicht sein.
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Die
Passivierungsschicht 6 reduziert die Oberflächenrekombinationsrate
an der Emitter-Oberfläche 2b und
erhöht
damit weiterhin die Effizienz der Solarzelle.
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Schließlich wird
eine p-Metallisierung 7 auf der Vorderseite der Solarzelle,
d.h. auf die Passivierungsschicht 6 aufgebracht, so dass
die p-Metallisierung 7 die Vorderseite der Solarzelle teilweise
bedeckt. Die p-Metallisierung 7 wird dabei zumindest teilweise
in den Bereichen aufgebracht, in denen der Emitterbereich 2 unmittelbar
an die Emitter-Oberfläche 2b heranreicht.
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Schließlich wird
mittels Wärmeeinwirkung die
p-Metallisierung 7 durch die Passivierungsschicht 6 hindurchgeführt, so
dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen p-Metallisierung 7 und
Emitterbereich 2 entsteht und der Emitterbereich 2 somit kontaktiert
ist.
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Die
Erfindung ermöglicht
insbesondere die Herstellung von Solarzellen aus Siliziumwafern,
wobei die Solarzellen einen p-dotierten Emitter auf der der Lichteinstrahlung
zugewandten Seite besitzen und dort die Oberflächenpassivierung mit Standardverfahren
für n-dotierte
Oberflächen
erzielt werden kann.