DE102008027851A1

DE102008027851A1 - Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer zweistufigen Dotierung

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Publication number: DE102008027851A1
Application number: DE200810027851
Authority: DE
Inventors: Steffen Dr. KELLER; Philipp Johannes Rostan; Faramarz Binaie Masouleh; Alexandra Schmid; Hartmut Dr. Nussbaumer
Original assignee: CENTROTHERM PHOTOVOLTAICS TECHNOLOGY GmbH; CT THERM PHOTOVOLTAICS TECHNOL
Current assignee: CENTROTHERM PHOTOVOLTAICS TECHNOLOGY GmbH; CT THERM PHOTOVOLTAICS TECHNOL
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer zweistufigen Dotierung (13, 17), bei welchem eine erste Dotierstoffquelle (5) auf stark zu dotierende Bereiche (3) eines Solarzellensubstrats (1) aufgebracht wird (52), wenigstens auf schwach zu dotierende Bereiche (7) eine zweite Dotierstoffquelle (9) aufgebracht wird (56), zur Ausbildung einer starken Dotierung Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle (5) in die stark zu dotierenden Bereiche (3) eindiffundiert wird (54) und zur Ausbildung einer schwachen Dotierung Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle (9) in die schwach zu dotierenden Bereiche (7) eindiffundiert wird (58), wobei die erste Dotierstoffquelle (5) mittels Tintenstrahldruck auf die stark zu dotierenden Bereiche (3) des Solarzellensubstrats (1) aufgebracht wird.

Description

Die Solarzellenherstellung unterliegt fortwährend dem Anspruch, aufwandsgünstig Solarzellen mit höheren Wirkungsgraden zu fertigen. Ein beispielsweise aus WO97/13280 bekannter Ansatz hierfür ist der Einsatz einer zweistufigen Dotierung zur Ausbildung eines zweistufigen Emitters. Dieser beruht auf der Erkenntnis, dass ein stark oder hoch dotierter Emitter zwar einerseits gut kontaktiert werden kann, um den erzeugten Strom abzuführen, andererseits jedoch bei der Stromerzeugung verglichen mit einem weniger stark dotierten Emitter auf Grund von Ladungsträgerrekombination mit Verlusten behaftet ist, wodurch der Wirkungsgrad beeinträchtigt wird. Durch Ausbildung des Emitters mittels einer zweistufigen Dotierung derart, dass in den zu kontaktierenden Bereichen eine starke Dotierung und somit ein hoch dotierter Emitter, in den übrigen Bereichen hingegen eine verglichen mit dem hoch dotierten Emitterbereich schwache Dotierung vorliegt, kann daher eine Wirkungsgradverbesserung erzielt werden.
Unter einem stark oder hoch dotierten Emitter ist vorliegend ein Emitter mit einem Schichtwiderstand des Emitters von weniger als etwa 70 Ω/sq zu verstehen, sodass er mittels industriell angewandter Siebdrucktechnologie kontaktierbar ist. Gegenüber diesem stark dotierten Emitter wird vorliegend unter einem schwach dotierten Emitter eine Dotierung verstanden, die zu einem Schichtwiderstand von üblicherweise mehr als 70 Ω/sq führt, wobei für dem Fachmann klar ist, dass dieser Wert bei tief eingetriebenen Emittern geringer ausfallen kann. Der Begriff der „schwachen” Dotierung ist stets im Verhältnis zu dem zugehörigen stark dotierten Bereich gleicher Art zu sehen; im Falle eines schwach dotierten Emitterbereichs also im Ver gleich zu einem stark dotierten Emitterbereich, nicht hingegen in Relation zu beispielsweise einem stark dotierten Rückseitenfeldbereich. Es ist also zu berücksichtigen, dass bei einer Solarzelle verschiedene dotierte Bereiche vorhanden sein können, die grundsätzlich jeweils für sich als zwei- oder mehrstufige Dotierung ausgeführt sein können. Beispielsweise kann ein Emitter, ein Rückseitenfeld oder die Volumendotierung des Solarzellensubstrats zwei- oder mehrstufig ausgeführt sein. Die oben genannten Schichtwiderstände zur Abgrenzung eines stark dotierten Emitterbereichs von einem schwach dotierten Emitterbereich sind daher nicht ohne Weiteres auf andere zweistufige Dotierungen übertragbar. Deren Grenze zwischen stark und schwach dotiertem Bereich kann hiervon abweichen. Geht man beispielsweise von einer Solarzelle mit einem zweistufig dotierten Volumenbereich des Siliziumsubstrats und einem zweistufigen Emitter aus, so wäre der Schichtwiderstand des stark dotierten Volumenbereichs des Siliziumsubstrats sehr viel höher als der Schichtwiderstand des schwach dotierten Emitterbereichs.
Die Schichtwiderstände bei zweistufigen Rückseitenfeldern und deren Relation zueinander sind ebenso getrennt von den Schichtwiderständen anderer dotierter Bereiche zu betrachten. Je nach Solarzellentyp und verwendeten Kontaktierungstechniken und -materialien können die Werte für die Schichtwiderstände bei zweistufigen Rückseitenfeldern variieren. Für den Fall der Kontaktierung der Solarzellen mit konventioneller, industriell angewandter Siebdrucktechnologie haben sich Schichtwiderstände von weniger als etwa 60 Q/sq unter den zu kontaktierenden Bereichen und von mehr als etwa 60 Q/sq zwischen den zu kontaktierenden Bereichen bewährt.
Gemäß dem Stand der Technik werden zweistufige Dotierungen bei Emittern, die üblicherweise als selektive Emitter bezeichnet werden, mittels des Einsatzes strukturierter Dotierhemmer hergestellt. Derartige strukturierte Dotierhemmer werden häufig als Masken oder Maskierungen bezeichnet. Bekannte Technologien zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung sehen daher vor, dass zunächst eine Maskierungsschicht, beziehungsweise eine dotierungshemmende Schicht, auf eine Substratoberfläche aufgebracht wird. Diese ist nachfolgend zu strukturieren, das heißt lokal zu öffnen, sodass nachfolgend ein Dotierstoffeintrag durch die Öffnungen hindurch in das Substrat hinein erfolgen kann. Mit diesem Dotierstoffeintrag wird eine starke Dotierung im Bereich der Öffnungen in der Maskierungsschicht bewirkt. Im Weiteren wird die Maskierungsschicht, beziehungsweise der strukturierte Dotierhemmer, entfernt. Es folgt ein weiterer Dotierstoffeintrag in die nun ungeschützten Bereiche des Substrats. Die den Dotierstoffeintrag bewirkenden Diffusionsprozesse sind dabei derart geführt, dass bei dem ersten Diffusionsprozess, während welchem ein Teil des Substrats durch die Maskierungsschicht geschützt ist, eine starke Dotierung ungeschützter Bereiche des Substrats erfolgt. Nach Entfernen der Maskierungsschicht wird hingegen nur schwach dotiert, sodass im Ergebnis die gewünschte zweistufige Dotierung resultiert.
Die derartige Herstellung zweistufiger Dotierungen ist aufwendig, sodass sie bei der industriellen Solarzellenfertigung selten eingesetzt wird. Häufiger wird den einstufigen, so genannten homogenen Dotierungen, insbesondere homogenen Emittern, der Verzug gegeben. Neben dem Aufbringen und Entfernen der Maskierungsschichten gestaltet sich insbesondere deren Strukturierung aufwendig, da sehr feine Strukturen angestrebt werden, um beispielsweise bei Solarzellen eine geringe Abschattung der Solarzellenfläche durch später auf den stark dotierten Bereichen anzuordnende Metallkontakte zu erzielen. Vor dem Hintergrund dieses Mehraufwands und der damit verbundenen Kosten wird bei einer industriellen Solarzellenfertigung eine zweistufige Dotierung trotz ihrer Vorteile im Wirkungsgrad selten eingesetzt. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Ausbildung einer zweistufigen Dotierung als Alternative zur bereits bekannten Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wie auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Den Ausgangspunkt für das erfindungsgemäße Verfahren bildet ein Solarzellensubstrat, dessen Volumen üblicherweise dotiert ist. Als Solarzellensubstrate finden gegenwärtig überwiegend p-dotierte Halbleitermaterialien Verwendung, insbesondere p-dotiertes Silizium. Vermehrt finden jedoch auch n-dotierte Solarzellensubstrate Verwendung. Weder das erfindungsgemäße Verfahren noch die Vorrichtung zu dessen Durchführung ist auf den Einsatz von p- oder n-dotierten Solarzellensubstraten beschränkt, sondern für beide Substrattypen gleichermaßen verwendbar. Es können somit sowohl p-Typ- wie auch n-Typ-Solarzellen mit der vorliegenden Erfindung realisiert werden. Der Herstellungsprozess für verschiedene Solarzellensubstrattypen kann daher vorteilhaft vereinheitlicht werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine erste Dotierstoffquelle mittels Tintenstrahldruck, häufig auch als Ink- Jet-Technologie oder schlicht Ink-Jet bezeichnet, auf die stark zu dotierenden Bereiche des Solarzellensubstrats aufgebracht. Weiterhin wird wenigstens auf schwach zu dotierende Bereiche des Solarzellensubstrats eine zweite Dotierstoffquelle aufgebracht. Die Bezeichnungen erste und zweite Dotierstoffquelle dienen dabei lediglich der Unterscheidung der Dotierstoffquellen und implizieren nicht eine Reihenfolge des Aufbringens der Dotierstoffquellen. Es kann einerseits die erste Dotierstoffquelle zuerst aufgebracht werden, andererseits die zweite. Zur Ausbildung einer starken Dotierung wird Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle in die stark zu dotierenden Bereiche eindiffundiert und zur Ausbildung einer schwachen Dotierung wird Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle in die schwach zu dotierenden Bereiche eindiffundiert. Auf diese Weise kann der aufwendige Einsatz von Maskierungsschichten oder Dotierhemmern entfallen.
Wie bereits eingangs erläutert sind die Relationen „stark” und „schwach” hinsichtlich der zu dotierenden Bereiche, der beschriebenen Dotierung und auch nachfolgend eingeführter dotierter Bereiche nicht im Vergleich zu der Volumendotierung des verwendeten Solarzellensubstrats zu verstehen, sondern relativ zu einem schwach beziehungsweise stark dotierten Bereich derselben Art. So ist beispielsweise ein stark zu dotierender Bereich eines Emitters in Relation zu setzen zu einem schwach zu dotierenden Emitterbereich. In einem anderen Beispiel wäre der schwach zu dotierende Bereich eines Rückseitenfeldes in Relation zu setzen zu einem stark zu dotierenden Bereich des Rückseitenfeldes.
Um eine Beeinträchtigung der zuerst auf das Solarzellensubstrat aufgebrachten Dotierstoffquelle infolge des Aufbringens der anderen Dotierstoffquelle, beispielsweise ein Verschmieren der zuerst aufgebrachten Dotierstoffquelle oder ein uner wünschtes starkes Vermischen der beiden Dotierstoffquellen, zu vermeiden, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass der Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle in einem ersten Temperschritt in die stark zu dotierenden Bereiche eindiffundiert wird, der Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle hingegen in einem zweiten Temperschritt in die schwach zu dotierenden Bereiche eindiffundiert wird. Die Bezeichnungen erster und zweiter Temperschritt dienen wiederum lediglich der Unterscheidung der verschiedenen Temperschritte und implizieren keine Reihenfolge. Es kann der erste Temperschritt zuerst durchgeführt werden oder der zweite Temperschritt.
Je nach gewünschter Prozesscharakteristik können somit alternative Ausgestaltungsvarianten der Erfindung realisiert werden. Steht eine einfache Prozessführung mit möglichst wenig Steuer- und Regelaufwand im Vordergrund, so ist eine Ausgestaltungsvariante zu bevorzugen, bei welcher zuerst Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle in dem ersten Temperschritt in die stark zu dotierenden Bereiche eindiffundiert wird und nachfolgend in dem zweiten Temperschritt Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle in die schwach zu dotierenden Bereiche eindiffundiert wird.
Wird hingegen ein möglichst hoher Wirkungsgrad der hergestellten Solarzellen angestrebt, so ist eine alternativen Ausgestaltungsvariante zu bevorzugen, bei welcher zuerst der zweite Temperschritt durchgeführt und Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle in die schwach zu dotierenden Bereiche eindiffundiert wird. Der erste Temperschritt wird später durchgeführt und dabei Dotierstoff aus der nach Durchführung des zweiten Temperschritts aufgebrachten ersten Dotierstoffquelle in die stark zu dotierenden Bereiche eindiffundiert. Auf diese Weise kann während des ersten Temperschritts der zuvor in dem zweiten Temperschritt in die schwach zu dotierenden Bereiche eindiffundierte Dotierstoff tiefer in das Solarzellensubstrat eingetrieben werden, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle auswirkt. Der später durchgeführte erte Temperschritt kann somit als so genannter Eintreib- oder Drive-in-Schritt für die schwach zu dotierenden Bereiche genutzt werden.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, den ersten und zweiten Temperschritt durch einen gemeinsamen Temperschritt zu ersetzen. Als erste und zweite Dotierstoffquelle sind dann jedoch entweder dotierstoffhaltige Medien einzusetzen, welche sich nicht in relevantem Ausmaß beeinträchtigen, oder die Dotierstoffquellen räumlich derart getrennt auf das Solarzellensubstrat aufzubringen, dass eine relevante Beeinträchtigung der ersten Dotierstoffquelle vermieden wird. Beispielsweise kann als erste Dotierstoffquelle eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit oder ein dotierstoffhaltiges Gel vergleichsweise hoher Viskosität aufgebracht werden, sodass diese, und insbesondere ihre Lage, durch ein nachfolgendes Aufsprühen einer dotierstoffhaltigen Flüssigkeit vergleichsweise niedriger Viskosität als zweite Dotierstoffquelle nicht beeinträchtigt wird. Eine andere Ausgestaltungsvariante kann hingegen vorsehen, dass die zweite Dotierstoffquelle in hinreichenden räumlichen Abstand von der ersten Dotierstoffquelle auf das Solarzellensubstrat aufgebracht wird, beispielsweise mittels Tintenstrahldrucktechnologie oder einem anderen Druckverfahren wie Sieb- oder Stempeldruck.
Die Einsparung eines Temperschritts verringert zudem die thermische Belastung des Solarzellensubstrats wie auch die Gefahr des Verunreinigungseintrags.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante des Verfahrens wird die zweite Dotierstoffquelle ganzflächig auf wenigstens eine Seitenfläche des Solarzellensubstrats aufgebracht. Unter einer Seitenfläche ist dabei zunächst die Fläche einer beliebigen Seite des Solarzellensubstrats zu verstehen. Üblicherweise kommen bei der Solarzellenfertigung Wafer zum Einsatz, also dünne Substratscheiben mit großflächiger Vorder- und Rückseite sowie kleinflächigen Seitenkanten. Die zweite Dotierstoffquelle wird daher üblicherweise ganzflächig auf die Vorder- oder Rückseitenfläche aufgebracht. Auf diese Weise entfällt die Ausrichtung der zweiten Dotierstoffquelle relativ zur ersten.
Wie eingangs erwähnt, werden elektrische Kontakte vorzugsweise auf stark dotierte Bereiche aufgebracht. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass auf stark dotierte Bereiche elektrische Kontakte lokal durch Tintenstrahldrucken eines metallhaltigen Mediums, beispielsweise einer metallhaltigen Flüssigkeit, Lösung oder Gels, aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens weist eine Tintenstrahldruckeinrichtung auf, welche für das Drucken eines dotierstoffhaltigen Medium, beispielsweise eines Gels oder einer Flüssigkeit, eingerichtet ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante sieht eine erste Tempereinrichtung zur Durchführung eines ersten Temperschritts und eine zweite Tempereinrichtung zur Durchführung eines zweiten Temperschritts vor, sodass Dotierstoff aus einer ersten Dotierstoffquelle und Dotierstoff aus einer zweiten Dotierstoffquelle in unterschiedlichen Diffusionsprozessen in das Solarzellensubstrat eindiffundiert werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht zudem eine für das Drucken eines metallhaltigen Mediums eingerichtete Tintentrahldruckeinrichtung vor. Dies ermöglicht es, elektrische Kontakte mittels Tintenstrahldruck berührungslos und mit einer feinen Struktur auf das Solarzellensubstrat aufzubringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung können einfach in bestehende Solarzellenfertigungsverfahren beziehungsweise Fabrikationsanlagen integriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung sind zudem für die Integration in vollautomatisierte Fertigungslinien und -Prozesse, so genannte Inline-Prozesse, geeignet.
Überdies können Solarzellen besonders vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a–1e: Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung.
2: Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1a zeigt schematisch ein Solarzellensubstrat 1, welches im vorliegenden Fall mit einer vorderseitigen Oberflächenstrukturierung versehen ist. Hieran wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Vor richtung sowohl für Solarzellensubstrate mit wie auch ohne Oberflächenstrukturierung geeignet sind.
Auf das Solarzellensubstrat 1 wird mittels einer Tintenstrahldruckeinrichtung 2 eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit 4 auf stark zu dotierende Bereiche 3 des Solarzellensubstrats 1 aufgedruckt. Die aufgedruckte dotierstoffhaltige Flüssigkeit bildet somit die erste Dotierstoffquelle 5. 1a illustriert demzufolge das Aufbringen 52 der ersten Dotierstoffquelle 5 auf die stark zu dotierenden Bereiche 3.
1b gibt schematisch die Eindiffusion 54 des Dotierstoffs aus der ersten Dotierstoffquelle 5 in das Solarzellensubstrat 1 wieder. Dieser Temperschritt wird mit Hilfe eines ersten Durchlaufofens 6 realisiert, unter dessen Temperatureinwirkung der Dotierstoff aus der Dotierstoffquelle 5 in das Solarzellensubstrat 1 eindiffundiert und die stark dotierten Bereiche 13 ausbildet.
1c illustriert das Aufbringen einer zweiten Dotierstoffquelle 9 auf schwach zu dotierende Bereiche 7 des Solarzellensubstrats 1. Wie der Figur zu entnehmen ist, wird ein dotierstoffhaltiges Medium 11 ganzflächig auf die vordere Seitenfläche 15 des Solarzellensubstrats 1 aufgesprüht 56. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die zweite Dotierstoffquelle 9 somit nicht nur auf die schwach zu dotierenden Bereiche 7 sondern ebenso auf die stark zu dotierenden Bereiche 3 beziehungsweise die stark dotierten Bereiche 13 aufgebracht. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Im Folgenden wird Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle 9 in das Solarzellensubstrat 1 eindiffundiert 58, wie dies in der 1d schematisch wiedergegeben ist. Dies erfolgt mit Hilfe eines zweiten Durchlaufofens 12, welcher im vorlie genden Ausführungsbeispiel bei einer niedrigeren Temperatur betrieben wird als der erste Durchlaufofen 6. Dies führt, je nach Ausgestaltung des Verfahrens, in Kombination mit einer geringeren Dotierstoffkonzentration in der zweiten Dotierstoffquelle 9 als in der ersten Dotierstoffquelle 5, zu schwach dotierten Bereichen 17, welche zusammen mit den stark dotierten Bereichen 13 eine zweistufige Dotierung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen zweistufigen Emitter, bilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wie auch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf die Ausbildung zweistufiger Emitter beschränkt. Offensichtlich können ebenso in vorteilhafterweise zweistufige Rückseitenfelder, so genannte Backsurfacefields, oder zweistufige Dotierungen anderer Art realisiert werden.
1e illustriert schematisch das lokale Aufbringen 60 elektrischer Kontakte 26 auf die stark dotierten Bereiche 13. Wie sich aus der 1e erschließt, folgt dieser Verfahrensschritt nicht notwendigerweise unmittelbar auf die Eindiffusion 58 des Dotierstoffs aus der zweiten Dotierstoffquelle 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde zuvor in an sich bekannter Weise eine Antireflexionsbeschichtung 19 auf die Vorderseite des Solarzellensubstrats aufgebracht, sowie die Rückseite des Solarzellensubstrats 1 mit einem Rückkontakt 28 versehen. Auf die Antireflexionsbeschichtung wird nun über den stark dotierten Bereichen 13 ein elektrischer Kontakt 26 ausgebildet. Hierzu wird eine metallhaltige Flüssigkeit 24 mittels einer hierzu eingerichteten Tintenstrahldruckeinrichtung 22 auf das Solarzellensubstrat 1, beziehungsweise die Antireflexionsbeschichtung 19, aufgebracht. Hierbei erfolgt nicht sofort die Ausbildung der elektrischen Kontakte. Dies geschieht in einem nachfolgenden Temperschritt, welcher häufig als Feuerschritt bezeichnet wird, da hierbei die auf den stark dotierten Bereichen 13 befindliche metallhaltige Flüssigkeit 24 durch die Antireflexionsschicht hindurch in das Solarzellensubstrat hinein getrieben wird, was als Durchfeuern der Antireflexionsbeschichtung 19 bezeichnet wird.
Die Antireflexionsbeschichtung 19 muss jedoch nicht zwingend vor Aufdrucken der metallhaltigen Flüssigkeit 24 beziehungsweise dem Aufbringen 60 der elektrischen Kontakte 26 aufgebracht werden. Je nach Prozessauslegung kann dies auch zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Eine vereinfachte Übersichtsdarstellung für das erfindungsgemäße Verfahren wie auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung findet sich in 2. Das wiedergegebene Ausführungsbeispiel illustriert zugleich die einfache Integrierbarkeit der Erfindung in eine automatisierte Linienfertigung. So kann das Solarzellensubstrat auf einem Transportband 34 zunächst einer Tintenstrahldruckeinrichtung 2 für dotierstoffhaltige Flüssigkeit zugeführt werden, mittels welcher die erste Dotierstoffquelle 5 aufgebracht wird (vergleiche 1a). Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird zunächst Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle 5 in die stark zu dotierenden Bereiche 3 eindiffundiert 54 (vergleiche 1b). Dies erfolgt mittels des ersten Durchlaufofens 6.
Zur Aufbringung der zweiten Dotierstoffquelle 9 ist bei der Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach 2 eine Sprüheinrichtung 30 vorgesehen, mittels welcher die zweite Dotierstoffquelle 9 ganzflächig auf die vordere Seitenfläche 15 des Solarzellensubstrats 1 aufgesprüht wird. Alternativ ist ein Aufschleudern der zweiten Dotierstoffquelle 9 denkbar. Es folgt die Eindiffusion 58 des Dotierstoffs aus der zweiten Dotierstoffquelle 9 in das Solarzellensubstrat 1 in dem zweiten Durchlaufofen 12 (vergleiche 1d).
In der Darstellungsvariante der 2 wird im Weiteren mittels der Tintenstrahldruckeinrichtung 22 für metallhaltige Flüssigkeiten eine metallhaltige Flüssigkeit auf die stark dotierten Bereiche 13 aufgebracht (vergleiche 1e). Diese metallhaltige Flüssigkeit 24 wird nachfolgend in einem weiteren Durchlaufofen 32, der häufig als Feuerofen 32 bezeichnet wird, in das Solarzellensubstrat eingesintert. Infolge ergeben sich aus der Verbindung der stark dotierten Bereiche 13 mit den eingesinterten Metallen elektrische Kontakte 26 mit geringem Widerstand.
Der Darstellung der 2 gibt den Solarherstellungsprozess wie auch die erforderlichen Vorrichtungen der Übersichtlichkeit halber nur unvollständig wieder. An sich bekannte Verfahrensschritte und zugehörige Vorrichtungen, wie beispielsweise das Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung mittels entsprechender Abscheidevorrichtungen können jedoch ohne weiteres an entsprechenden Stellen integriert werden. Das Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung könnte beispielsweise vor dem Aufbringen 60 der elektrischen Kontakte 26 oder auch nach dem Durchlaufen des Feuerofens 32 vorgesehen werden. Auch das Aufbringen eines Rückkontakts 28 ist an sich bekannt, sodass auf eine nähere Beschreibung verzichtet wird. Es besteht allerdings die Möglichkeit, den Rückkontakt ebenfalls mittels einer Tintentstrahldruckeinrichtung auf das Solarzellensubstrat aufzubringen.

1: Solarzellensubstrat
2: Tintenstrahldruckeinrichtung für dotierstoffhaltige Flüssigkeit
3: stark zu dotierender Bereich
4: dotierstoffhaltige Flüssigkeit
5: erste Dotierstoffquelle
6: erster Durchlaufofen
7: schwach zu dotierender Bereich
9: zweite Dotierstoffquelle
11: dotierstoffhaltiges Medium
12: zweiter Durchlaufofen
13: stark dotierter Bereich
15: vordere Seitenfläche des Solarzellensubstrats
17: schwach dotierter Bereich
19: Antireflexionsbeschichtung
22: Tintenstrahldruckeinrichtung für metallhaltige Flüssigkeiten
24: metallhaltige Flüssigkeit
26: elektrischer Kontakt
28: Rückkontakt
30: Sprüheinrichtung
32: Feuerofen
34: Transportband
52: Aufbringen erste Dotierstoffquelle
54: Eindiffusion Dotierstoff
56: Aufsprühen dotierstoffhaltiges Medium
58: Eindiffusion Dotierstoff
60: Aufbringen elektrischer Kontakte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 97/13280 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer zweistufigen Dotierung (13, 17), bei welchem – eine erste Dotierstoffquelle (5) auf stark zu dotierende Bereiche (3) eines Solarzellensubstrats (1) aufgebracht wird (52); – wenigstens auf schwach zu dotierende Bereiche (7) eine zweite Dotierstoffquelle (9) aufgebracht wird (56); – zur Ausbildung einer starken Dotierung Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle (5) in die stark zu dotierenden Bereiche (3) eindiffundiert wird (54); – zur Ausbildung einer schwachen Dotierung Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle (9) in die schwach zu dotierenden Bereiche (7) eindiffundiert wird (58), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dotierstoffquelle (5) mittels Tintenstrahldruck auf die stark zu dotierenden Bereiche (3) des Solarzellensubstrats (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Temperschritt (54) Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle (5) in die stark zu dotierenden Bereiche (3) eindiffundiert wird (54) und – in einem zweiten Temperschritt (58) Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle (9) in die schwach zu dotierenden Bereiche (7) eindiffundiert wird (58).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperschritt (54) bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird als der zweite Temperschritt (58).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperschritt (54) vor dem zweiten Temperschritt (58) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Temperschritt (54) nach dem zweiten Temperschritt (58) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Temperschritt Dotierstoff aus der ersten Dotierstoffquelle (5) in die stark zu dotierenden Bereiche (3) und Dotierstoff aus der zweiten Dotierstoffquelle (9) in die schwach zu dotierenden Bereiche (7) eindiffundiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dotierstoffquelle (9) ganzflächig auf wenigstens eine Seitenfläche (15) des Solarzellensubstrats (1) aufgebracht wird (56).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dotierstoffquelle (9) aufgebracht wird mittels Aufsprühen (56) eines dotierstoffhaltigen Mediums (11) oder Siebdrucken einer dotierstoffhaltigen Paste.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Dotierstoffquelle (9) eine dotierstoffhaltige Schicht aus einer Gasphase abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der zweiten Dotierstoffquelle (9) Dotierstoff aus einer Gasphase in das Solarzellensubstrat (1) eindiffundiert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf stark dotierte Bereiche (13) lokal elektrische Kontakte (26) durch Tintenstrahldrucken (60) eines metallhaltigen Mediums (24) aufgebracht werden (60).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emitter (13, 17) oder ein Rückseitenfeld als zweistufige Dotierung (13, 17) ausgebildet wird (54, 58).
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend eine für das Drucken eines dotierstoffhaltigen Mediums (4) eingerichtete Tintenstrahldruckeinrichtung (2).
Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine erste Tempereinrichtung (6) zur Durchführung eines ersten Temperschritts (54) und eine zweite Tempereinrichtung (12) zur Durchführung eines zweiten Temperschritts (58).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, gekennzeichnet durch eine für das Drucken eines metallhaltigen Mediums (24) eingerichtete Tintenstrahldruckeinrichtung (22).
Solarzelle hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.