DE102008030880A1

DE102008030880A1 - Rückkontaktsolarzelle mit großflächigen Rückseiten-Emitterbereichen und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102008030880A1
Application number: DE102008030880A
Authority: DE
Inventors: Nils-Peter Dr. Harder
Original assignee: Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Current assignee: Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2009-06-18
Also published as: CA2708616A1; AU2008334769A1; US20110023956A1; JP2011507246A; WO2009074469A2; EP2223344A2; WO2009074469A3

Abstract

Es wird eine Rückkontakt-Solarzelle sowie ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die Rückkontakt-Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat 1 auf, an dessen Rückseiten-Oberfläche 3 Emitterbereiche 5, die von Emitterkontakten 11 kontaktiert werden, und Basisbereiche 7, die von Basiskontakten 13 kontakiert werden, ausgebildet sind. Die Emitterbereiche und die Basisbereiche überlappen sich zumindest in Überlappungsbereichen, wobei die Emitterbereiche 5 in den Überlappungsbereichen 19 von der Rückseiten-Oberfläche der Solarzelle aus gesehen tiefer in das Halbleitersubstrat 1 hineinreichen als die Basisbereiche 7. Dadurch kann erreicht werden, dass einerseits ein großer Flächenanteil der Rückseite des Halbleitersubstrats mit einem Ladungsträger sammelnden Emitter bedeckt sein kann, dieser Emitter jedoch zumindest teilweise im Inneren des Halbleitersubstrats 1 "vergraben" ist, so dass kein Risiko besteht, dass die Basiskontakte 13 einen Kurzschluss zu den vergrabenen Emitterbereichen 5 provozieren.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rückkontakt-Solarzelle mit großflächigen Rückseiten-Emitterbereichen sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Rückkontakt-Solarzelle.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Konventionelle Solarzellen haben einen vorderseitigen Kontakt, das heißt einen Kontakt, der auf einer dem Licht zugewandten Oberfläche der Solarzelle angeordnet ist, und einen rückseitigen Kontakt an einer dem Licht abgewandten Oberfläche der Solarzelle. In diesen konventionellen Solarzellen ist der größte Volumenanteil eines das Licht absorbierenden Halbleitersubstrats von eben dem Halbleitertyp (zum Beispiel p-Typ), der vom rückseitigen Kontakt kontaktiert wird. Dieser Volumenanteil wird üblicherweise als Basis bezeichnet und die rückseitigen Kontakte werden daher üblicherweise als Basiskontakte bezeichnet. Im Bereich der Oberfläche der Vorderseite des Halbleitersubstrats befindet sich eine dünne Schicht vom entgegengesetzten Halbleitertyp (zum Beispiel n-Typ). Diese Schicht wird üblicherweise als Emitter bezeichnet und die sie kontaktierenden Kontakte als Emitterkontakte.
Bei solchen herkömmlichen Solarzellen liegt somit der für die Stromsammlung entscheidende pn-Übergang dicht unter der vorderseitigen Oberfläche der Solarzelle. Diese Position des pn-Übergangs ist insbesondere bei der Verwendung von Halbleitermaterial schlechter bis mittlerer Qualität für eine effiziente Stromsammlung vorteilhaft, da auf der dem Licht zugewandten Seite der Solarzelle die höchste Generationsrate von Ladungsträgerpaaren vorliegt und somit die meisten Licht-generierten(Minoritäts-)Ladungsträger nur eine kurze Distanz zum pn-Übergang zurücklegen müssen.
Die an der Vorderseite der Solarzelle angeordneten Emitterkontakte führen jedoch aufgrund der mit ihnen verbundenen teilweisen Abschattung der Vorderseite zu einem Wirkungsgradverlust. Um den Wirkungsgrad der Solarzelle zu steigern, ist es grundsätzlich vorteilhaft, sowohl die Basiskontakte als auch die Emitterkontakte an der Rückseite der Solarzelle anzuordnen. Zu diesem Zweck müssen an der Rückseite der Solarzelle entsprechende Emitterbereiche ausgebildet werden. Eine Solarzelle, bei der sich an der im Einsatz lichtabgewandten Seite sowohl Emitterbereiche als auch Basisbereiche befinden und bei der sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte an der Rückseite ausgebildet sind, wird als Rückkontakt-Solarzelle bezeichnet.
Bei solchen Rückkontakt-Solarzellen, deren Strom-sammelnder pn-Übergang zumindest teilweise an der Rückseite der Solarzelle angeordnet ist, muss mit der Problematik umgegangen werden, dass sowohl die Emitterbereiche als auch die Basisbereiche an der Rückseite der Solarzelle nebeneinander angeordnet sind. Somit kann der pn-Übergang nicht mehr entlang der gesamten Oberfläche der Solarzelle ausgebildet werden, sondern die den pn-Übergang zusammen mit dem Volumen-Basisbereich bildenden rückseitigen Emitterbereiche können nur noch an einem Teil der Rückseiten-Oberfläche der Solarzelle ausgebildet werden. Dazwischen müssen rückseitige Basisbereiche zur Kontaktierung der Basis vorgesehen sein.
Da auch in hochwertigem Silizium die Diffusionslänge der von dem pn-Übergang einzusammelnden Minoritätsladungsträger begrenzt ist, sollten insbesondere bei Solarzellen, deren Strom-sammelnder pn-Übergang ausschließlich auf der Rückseite der Solarzelle angeordnet ist, die Flächenbereiche der an der Rückseiten-Oberfläche vorgesehenen Basisbereiche, die im Wesentlichen nicht zur Bildung des Ladungsträger-sammelnden pn-Übergangs beitragen, möglichst klein sein, um die Effektivität der Stromsammlung durch den pn-Übergang möglichst wenig negativ zu beeinflussen. Herkömmlicherweise wird in dieser Situation so verfahren, dass der größte Flächenanteil der Rückseite der Solarzelle mit einem Emitter versehen wird und sich dazwischen nur schmale Basisbereiche erstrecken.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Rückkontakt-Solarzelle ist in 5 schematisch im Querschnitt dargestellt. Ein Halbleitersubstrat 101 bildet in seinem Volumen einen Basisbereich beispielsweise vom p-Halbleitertyp. An einer Rückseiten-Oberfläche 103 sind Emitterbereiche 105 ausgebildet. Die Emitterbereiche 105 belegen den überwiegenden Anteil der Rückseiten-Oberfläche 103. Zwischen den länglichen, fingerförmigen Emitterbereichen 105 -zu denen der in der Zeichnung dargestellte Querschnitt der Solarzelle senkrecht verläuft- sind schmale, linienförmige Bereiche freigelassen, an denen Basisbereiche 107 des Halbleitersubstrats 101 bis an die Rückseiten-Oberfläche 103 reichen. Im Bereich der rückseitigen Oberfläche können diese Basisbereiche eine stärkere Dotierung aufweisen als das Hauptvolumen der Basis der Solarzelle. Die gesamte Rückseiten-Oberfläche 103 ist mit einer dielektrischen Passivierschicht 109 bedeckt, die einen geringen Brechungsindex aufweisen kann, so dass sie zum Beispiel als rückseitiger Reflektor für die Solarzelle dienen kann, und die beispielsweise aus Siliziumdioxid ausgebildet sein kann. Die Passivierschicht 109 weist lokal Öffnungen 111 auf, durch die hindurch Emitterkontakte 113 die Emitterbereiche 105 kontaktieren können. Ferner weist die Dielektrikumschicht 109 Öffnungen 115 auf, durch die hindurch Basiskontakte 117 die lokal bis zur rückseitigen Oberfläche reichenden Basisbereiche 107 kontaktieren können. Die Emitterkontakte 113 und die Basiskontakte 117 sind durch schmale Spalte 119 voneinander getrennt und somit elektrisch isoliert.
Die Basiskontakte 117 sind bei diesem Solarzellentyp geringfügig schmaler als die Basisbereiche 107 an der Rückseiten-Oberfläche 103. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass auch dann, wenn die dielektrische Schicht 109 nicht perfekt elektrisch isoliert, durch den Basiskontakt 117 kein ungewollter Kurzschluss mit den Emitterbereichen 105 erzeugt werden kann, da sich die Basiskontakte in der Projektion nicht überlappen mit den Emitterbereichen 105.
Aus Gründen der Herstellungskostenminimierung werden in der Regel bei herkömmlichen Rückkontakt-Solarzellen, wie sie in 5 dargestellt sind, die Emitterkontakte 113 und die Basiskontakte 117 in einem gemeinsamen Verfahrensschritt aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern von Metall, ggf. mit nachfolgender Galvanik, und sind somit im Wesentlichen gleich dick. Die Basiskontakte 117 sind jedoch wesentlich schmaler als die Emitterkontakte 113. Da beide Kontakte 113, 117 den gleichen Strom abführen müssen, ergibt sich jedoch, dass bei Aufbringen einer Metallschichtdicke für die Kontakte, die ausreichend ist für eine effiziente Stromableitung von der Basis durch die Basiskontakte, die Emitterkontakte wesentlich dicker sind als erforderlich. Mit anderen Worten wird, wenn Basis- und Emitterkontakte in einem gemeinsamen Prozessschritt abgeschieden werden, auf den großflächigeren Emitterkontakten unnötig viel Metall abgeschieden. Das Aufbringen der Metallisierung für die Kontakte und auch die zugehörigen Materialkosten stellen jedoch einen erheblichen Anteil der Gesamtkosten der Solarzellen dar.
Es kann daher erstrebenswert sein, die Metallkontakte sowohl für die Emitter- als auch die Basiskontakte in etwa gleicher Breite auszubilden und dabei vorzugsweise die Metallkontakte möglichst breit anzufertigen, so dass bei geringer Metallschichtdicke ein möglichst geringer elektrischer Widerstand der Metallkontakte erreicht werden kann.
Bei der in 6 dargestellten alternativen Ausführungsform einer herkömmlichen Rückkontakt-Solarzelle sind die Flächenanteile, die von dem Emitterkontakt 213 bzw. von dem Basiskontakt 217 an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats 201 bedeckt sind, im Wesentlichen gleich. Da jedoch auch bei dieser Rückkontakt-Solarzelle möglichst weite Bereiche der Rückseiten-Oberfläche mit Emitterbereichen 205 belegt sein sollen, sind die sich zwischen den Emitterbereichen 205 bis an die Rückseiten-Oberfläche erstreckenden Basisbereiche 207 schmaler als die diese Bereiche kontaktierenden Basiskontakte 217. Mit anderen Worten reichen die Basiskontakte 217 seitlich bis in Bereiche, wo sie die Emitterbereiche 205 überlappen. Um hierbei Kurzschlüsse zu vermeiden, muss die dielektrische Schicht 209 möglichst gut elektrisch isolieren. Die Ausbildung einer sehr gut elektrisch isolierenden dielektrischen Schicht 209, die insbesondere mit den Herstellungsschritten der Solarzelle und den Belastungen der Solarzelle im Modul kompatibel ist, hat sich jedoch als beachtliches technologisches Problem herausgestellt, insbesondere angesichts der Tatsache, dass auf der gesamten Fläche der Solarzelle, die bei derzeit industriell gefertigten Solarzellen typischerweise etwa 150 cm² aufweist, kein lokaler Kurzschluss geduldet werden kann.
Ferner wurde beobachtet, dass die an der rückseitigen Oberfläche der Solarzelle angrenzenden Emitterbereiche, insbesondere wenn es sich um p-Typ-Emitter handelt, nur unzureichend durch herkömmliche Prozesse wie thermische Oxidation passiviert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es kann daher ein Bedarf an einer Rückkontakt-Solarzelle und an einem Herstellungsverfahren für eine Rückkontakt-Solarzelle bestehen, bei der/dem die oben genannten Nachteile herkömmlicher Rückkontakt-Solarzellen zumindest teilweise vermieden werden können. Insbesondere kann ein Bedarf an einer Rückkontakt-Solarzelle bestehen, die aufgrund eines möglichst großflächigen rückseitigen Emitters einerseits gute Strom sammelnde Eigenschaften aufweist, und bei der andererseits die rückseitigen Metallkontakte in günstiger Weise aufgebracht werden können und vorzugsweise gleichzeitig das Risiko von durch die Metallkontakte verursachten lokalen Kurzschlüssen minimiert werden kann bzw. ein Oberflächenpassivierung an der Solarzellen-Rückseite verbessert werden kann.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rückkontakt-Solarzelle beschrieben, die ein Halbleitersubstrat, Emitterbereiche entlang einer Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, Basisbereiche entlang der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, Emitterkontakte zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche und Basiskontakte zur elektrischen Kontaktierung zumindest einiger der Basisbereiche aufweist. Das Halbleitersubstrat weist einen Basis-Halbleitertyp auf, der entweder ein n-Halbleitertyp oder ein p-Halbleitertyp sein kann. Die Basisbereiche weisen ebenfalls den Basis-Halbleitertyp auf. Die Emitterbereiche weisen einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp auf. Die an der Rückseiten-Oberfläche ausgebildeten Emitter- und Basisbereiche überlappen sich zumindest in Überlappungsbereichen, wobei die Emitterbereiche in den Überlappungsbereichen von der Rückseiten-Oberfläche her tiefer in das Halbleitersubstrat hineinreichen als die Basisbereiche.
Dieser erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden: An der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats sind sowohl Emitter- als auch Basisbereiche ausgebildet, die beide durch entsprechende Kontakte an der Rückseiten-Oberfläche elektrisch kontaktiert werden können. Dadurch, dass sich die Emitterbereiche und die Basisbereiche in Überlappungsbereichen seitlich überlappen und die Emitterbereiche dort tiefer im Inneren des Halbleitersubstrats verlaufen können, während die Basisbereiche sich an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, können Ziele, die bei herkömmlichen Rückkontakt-Solarzellen einander widersprechend erscheinen, verfolgt werden:
Einerseits können die von den Basiskontakten kontaktierten Basisbereiche an der Rückseitenoberfläche verhältnismäßig breit bzw. großflächig ausgebildet sein. Insbesondere können die Basisbereiche in etwa die gleiche oder eine geringfügig größere Fläche der Rückseitenoberfläche einnehmen wie die Basiskontakte, so dass es nicht zwingend erforderlich ist, die Basiskontakte durch eine darunter angeordnete dielektrische Schicht elektrisch gegen die Substrat-Oberfläche zu isolieren. Prinzipiell kann der gesamte Basisbereich an seiner Rückseiten-Oberfläche mit den entsprechenden Basiskontakten direkt in Verbindung stehen, ohne dass es zu unerwünschten Kurzschlüssen kommen muss.
Andererseits kann der Flächenanteil der Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, und damit auch der Flächenanteil der Basiskontakte, in etwa gleich groß sein wie der Flächenanteil der an die Rückseiten-Oberfläche angrenzenden Emitterteilbereiche bzw. der Emitterkontakte. Somit können sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte jeweils mit der gleichen, zur Vermeidung von wesentlichen Serienwiderstandsverlusten in den Kontakten notwendigen, Dicke ausgebildet werden.
Aufgrund der die Basisbereiche teilweise überlappenden Emitterbereiche kann dabei bei der beschriebenen Rückkontakt-Solarzelle ein sehr großer Anteil der Rückseiten-Oberfläche mit Emitter bedeckt sein, so dass die Ladungsträger-sammelnden Eigenschaften aufgrund der großflächigen pn-Junction sehr gut sein können.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rückkontakt-Solarzelle und insbesondere der darin ausgebildeten Überlappungsbereiche können gemäß einem weiter unten detaillierter zu beschreibenden Ausführungsbeispiel die Emitterbereiche und die Basisbereiche mittels zweier aufeinanderfolgender Diffusionen von Dotierstoffen in das Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Dabei können in einem ersten Diffusionsschritt zunächst die Emitterbereiche diffundiert werden, wobei kleine Teilbereiche, in denen die anschließend zu erzeugenden Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche in elektrischem Kontakt mit den weiter im Inneren des Halbleitersubstrats befindlichen Basisbereichen stehen sollen, entweder lokal vor der Emitter-Diffusion geschützt werden oder die Emitterbereiche an diesen Stellen anschließend lokal geöffnet/entfernt werden. In einem zweiten Diffusionsschritt können dann die Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet werden.
Dabei kann der sogenannte „Emitter-Push-Effekt" genutzt werden, bei dem bei zwei aufeinanderfolgenden Prozessschritten zur Eindiffusion von Dotierstoffen beispielsweise in Silizium die zweite Diffusion, auch wenn von gleicher oder größerer Stärke, die erste Diffusion nicht notwendigerweise kompensiert bzw. überkompensiert, da die zweite Diffusion die Dotierstoffe der ersten Diffusion teilweise vor sich herschieben kann. Mit anderen Worten kann durch den Emitter-Push-Effekt bewirkt werden, dass die während der ersten Diffusion eingebrachten Dotierstoffe zur Erzeugung der Emitterbereiche weiter ins Innere des Halbleitersubstrats hinein diffundieren, während von der Oberfläche des Halbleitersubstrats her die Dotierstoffe zur Erzeugung der Basisbereiche eindiffundieren. Dadurch kann eine Struktur erreicht werden, bei der die Emitterbereiche und die Basisbereiche etwa gleiche Dotandenkonzentrationen aufweisen, die Emitterbereiche aber weiter im Inneren des Halbleitersubstrats angeordnet sind als die an der Oberfläche angeordneten Basisbereiche, so dass es zu der erwünschten Überlappung kommen kann. Erfahrungsgemäß ist der Emitter-Push-Effekt insbesondere dann stark ausgeprägt, wenn die zweite Diffusion eine Phosphor-Diffusion ist.
Alternativ lässt sich die überlappende Struktur dadurch erreichen, dass zunächst ein tiefer Emitter ausgebildet wird und anschließend flachere Basisbereiche in der Region nachfolgend zu erzeugender Basiskontakte erzeugt werden, wobei die Basisbereiche so erzeugt werden, dass die ursprünglich in diesen Bereichen zuvor enthaltene Emitter-Dotierung lokal überkompensiert wird. Dadurch, dass der zunächst erzeugte Emitter tiefer ausgebildet wurde als die anschließend überkompensierten Basisbereiche kann es wieder zu der erwünschten Überlappung der beiden Bereiche kommen.
Anstelle von Diffusionsprozessen können auch durch andere Verfahren, wie zum Beispiel Ionen-Implantation, Dotierstoffe in das Halbleitersubstrat in die gewünschten Bereiche und Tiefen eingebracht werden. Als weitere Alternative sind die erfindungsgemäßen Strukturen auch herstellbar durch das Aufbringen und Strukturieren (bzw. durch strukturiertes Aufbringen) von Halbleiterschichten mittels Beschichtungsverfahren, zum Beispiel Expitaxie, Hetero-Epitaxie, oder andere Beschichtungsverfahren, möglich.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Rückkontakt-Solarzelle werden im Anschluss erläutert.
Das für die Rückkontakt-Solarzelle verwendete Halbleitersubstrat kann beispielsweise ein mono- oder multikristalliner Siliziumwafer sein. Alternativ können auch Dünnschichten aus amorphem oder kristallinem Silizium oder aus anderen halbleitenden Materialien als Substrat verwendet werden.
Die Emitterbereiche können sich entlang der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats teilweise direkt an der Oberfläche erstrecken, es können aber auch Teile der Emitterbereiche, insbesondere in den Überlappungsbereichen nicht direkt an die Oberfläche angrenzen, sondern sich etwas tiefer im Inneren des Halbleitersubstrats erstrecken. Diese im Inneren „vergrabenen" Emitterbereiche können in elektrischem Kontakt mit den an die Rückseitenoberfläche angrenzenden Regionen der Emitterbereiche stehen, so dass sie von dort aus auch elektrisch durch die Emitterkontakte kontaktiert werden können.
Die Emitterbereiche können durch Eindiffundieren von Dotanden in das Halbleitersubstrat erzeugt werden. Beispielsweise kann in einem Halbleitersubstrat vom p-Typ durch lokales Eindiffundieren von Phosphor ein Emitterbereich vom n-Typ erzeugt werden. Alternativ können die Emitterbereiche jedoch auch durch andere Verfahren wie zum Beispiel durch Ionenimplantation oder Legieren erzeugt werden, so dass sich eine sogenannte Homo-Junction, das heißt ein pn-Übergang mit gegensätzlich dotierten Bereichen eines gleichen Halbleitergrundmaterials, zum Beispiel Silizium, ergibt. Alternativ können die Emitterbereiche auch epitaktisch abgeschieden werden, beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert werden, so dass sich je nach Wahl des aufgebrachten Materials Homo- oder sogenannte Hetero-Junctions ergeben, das heißt, pn-Übergänge zwischen einem ersten Halbleitermaterial vom Basis-Halbleitertyp und einem zweiten Halbleitermaterials eines Emitter-Halbleitertyps, die Hetero-Junctions genannt werden, wenn sich Basis- und Emitter-Halbleiter durch mehr als nur den Leitungs-Typ (Dotierungs-Typ) unterscheiden. Ein mögliches Beispiel sind Emitterbereiche aus aufgedampftem bzw. mittels PECVD aufgebrachtem amorphem Silizium (a-Si) auf einem Halbleitersubstrat aus kristallinem Silizium (c-Si).
Auch die Basisbereiche können mittels eines der oben genannten Herstellungsverfahren erzeugt werden, wobei jedoch eine Erzeugung durch lokales Eindiffundieren eines Dotanden zur Bildung der Basisbereiche bevorzugt sein kann.
Die Emitterbereiche und die Basisbereiche können, in einer Draufsicht auf die Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats gesehen, jeweils eine kammartige Struktur aufweisen, bei der jeweils lineare fingerartige Emitterbereiche an benachbarte lineare fingerartige Basisbereiche angrenzen. Eine solche verschachtelte Struktur wird auch als „interdigitated" bezeichnet.
Sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte können jeweils in Form einer lokalen Metallisierung beispielsweise in Form von fingerartigen Grids ausgebildet sein. Hierzu können Metalle wie zum Beispiel Silber oder Aluminium lokal beispielsweise durch eine Maske oder unter Verwendung von Photolithographie auf die Basis- bzw. Emitterbereiche abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsputtern oder durch ein Druckverfahren wie Siebdruck oder ein Dispensverfahren können die Metallkontakte in der gewünschten Struktur aufgebracht werden. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen den Emitterkontakten und den Basiskontakten kann zwischen den beiden jeweils ein elektrisch isolierender Spalt vorgesehen sein. Dieses Ergebnis kann auch durch eine ganzflächig aufgebrachte Metallschicht erreicht werden, die im Nachhinein entlang der Linie der gewünschten Kontakttrennung lokal entfernt wird.
Ein wesentliches Merkmal für die erfindungsgemäße Rückkontakt-Solarzelle sind die Überlappungsbereiche, in denen sich an der Rückseite des Halbleitersubstrats in der Projektion auf die Rückseiten-Oberfläche sowohl ein Basisbereich wie auch ein Emitterbereich befindet. Der Basisbereich grenzt dabei direkt an die Rückseiten-Oberfläche, wohingegen der Emitterbereich in dieser Region weiter ins Innere des Halbleitersubstrats verlagert ist, wodurch der Emitter in diesem Bereich auch als „vergrabener Emitter" bezeichnet werden kann. Beide Bereiche können sich hierbei sehr nahe der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats erstrecken, insbesondere angesichts der im Vergleich zur Dicke der Emitter- bzw. Basisbereiche von z. B. wenigen Mikrometern üblicherweise großen Dicke des Halbleitersubstrats, die bei einem Siliziumwafer beispielsweise etwa 200 μm ausmachen kann. Der Emitterbereich kann sich jedoch, insbesondere in den Überlappungsbereichen, tiefer in das Halbleitersubstrat hineinerstrecken als die Basisbereiche. Beispielsweise kann der Emitterbereich sich bis in eine Tiefe von mehr als 1 μm, vorzugsweise mehr als 2 μm unterhalb der Rückseiten-Oberfläche erstrecken, wohingegen die Basisbereiche beispielsweise lediglich weniger als 1 μm tief, beispielsweise etwa 0,5 μm tief, in das Halbleitersubstrat hineinreichen.
Die Emitterbereiche erstrecken sich bei der fertig prozessierten Solarzelle nicht entlang der gesamten Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, sondern es verbleiben dazwischen kleine lokale Bereiche, die nicht den Emitter-Halbleitertyp aufweisen und die später zur elektrischen Verbindung zwischen den an der Rückseiten-Oberfläche ausgebildeten Basisbereichen und den Basisbereichen im Inneren des Halbleitersubstrats dienen. Diese Verbindungsbereiche, in denen entweder bereits bei der Erzeugung der Emitterbereiche keine entsprechende Emitter-Dotierung bewirkt wurde oder in denen eine zuvor erzeugte Emitter-Dotierung nachträglich wieder entfernt wurde, beispielsweise durch Wegätzen oder durch Laser-Ablation, oder durch lokale Überkompensation der Emitter-Dotierung durch Basis-Dotierung können linienartig, beispielsweise parallel zu den später auszubildenden Basiskontakten, oder punktförmig sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Emitterbereiche entlang mehr als 60%, vorzugsweise mehr als 70%, noch stärker bevorzugt mehr als 80% und wiederum stärker bevorzugt mehr als 90%, der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats und die Basisbereiche erstrecken sich entlang mehr als 25%, vorzugsweise mehr als 40% und stärker bevorzugt zwischen 45% und 55%, der Rückseitenoberfläche des Halbleitersubstrats.
Dadurch, dass sich die Emitterbereiche und die Basisbereiche teilweise überlappen, kann sich die Gesamtfläche der dem Hauptvolumen zugewandten Emitterbereiche und der der Zellrückseite zugewandten Basisbereiche zu mehr als 100% der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats summieren. Je weiter sich dabei die Emitter- und Basisbereiche überlappen, umso größer kann gleichzeitig der Flächenanteil der Emitterbereiche und der Basisbereiche sein. Je größer dabei der Flächenanteil der Emitterbereiche ist, um so effizienter können die im Inneren des Halbleitersubstrats durch einfallendes Licht erzeugten Minoritätsladungsträger durch den am Übergang zwischen dem Emitterbereich und dem Basisbereich im Inneren des Halbleitersubstrats erzeugten pn-Übergang eingesammelt werden, was zu einer hohen Stromdichte der Rückkontakt-Solarzelle beiträgt. Je größer andererseits der Flächenanteil der der Zellrückseite zugewandten Basisbereiche ist, umso großflächiger können auch die diese Basisbereiche überdeckenden Basiskontakte sein, ohne Kurzschlüsse zu den Emitterbereichen zu erzeugen, selbst in Abwesenheit einer elektrisch gut isolierenden Schicht auf der Rückseite der Solarzelle. Bei länglichen, fingerartigen Kontakten bedeutet dies, dass die Basiskontakte entsprechend breit sein können, ohne dass ein Risiko eines Überlappens mit seitlich benachbarten Emitterbereichen besteht. Aufgrund der großen Breite der Basiskontakte können Serienwiderstandsverluste in den Metallkontakten auch bei relativ geringen Metallschichtdicken minimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt eine Fläche der von den Basiskontakten überdeckten Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats zwischen 70% und 100% der Fläche der Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats. Mit anderen Worten können 70% bis 100%, vorzugsweise 90% bis 98%, der Fläche der Basisbereiche von Basiskontakten überdeckt sein. Aufgrund der dadurch möglichen großen Fläche der Basiskontakte können geringe Serienwiderstände in diesen Kontakten realisiert werden. Andererseits ragen die Basiskontakte vorzugsweise nicht seitlich über die darunterliegenden Basisbereiche hinaus, um etwaige Kurzschlüsse zwischen den Basiskontakten und den neben den Basisbereichen befindlichen Emitterbereichen zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dotierungskonzentration in den Basisbereichen an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats höher als in Basisbereichen im Inneren des Halbleitersubstrats. Dies kann sich dadurch ergeben, dass die Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche beim Herstellen der Solarzelle nachträglich in das Halbleitersubstrat eingebracht werden, beispielsweise eindiffundiert werden. Solche stark dotierten oberflächlichen Basisbereiche können als BSF (Back Surface Field) wirken. Beispielsweise kann die Dotierungskonzentration im Inneren des Halbleitersubstrats im Bereich von 1 × 10¹⁴ cm^–3 bis 1 × 10¹⁷ cm^–3 sein, wohingegen die Dotierungskonzentration in den Basisbereichen an der Rückseiten-Oberfläche größer als 1 × 10¹⁸ cm^–3, vorzugsweise größer als 1 × 10¹⁹ cm^–3 sein kann. Zusätzlich zu den BSF-Eigenschaften solch stark dotierter Basisbereiche können sich in den Überlappungsbereichen verhältnismäßig großflächige pn-Übergänge zwischen stark dotierten Emitter- und Basisbereichen ergeben. Wie in einer gleichzeitig mit dieser Anmeldung parallel eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin detaillierter beschrieben, können solche flächigen p⁺n⁺-Übergange als Zenerdiode wirken, die für die Solarzelle die Funktion einer Bypass-Diode bereitstellen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Dotierungskonzentration in den Basisbereichen an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats höher als in den Emitterbereichen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Basisbereiche durch lokales Überkompensieren von zuvor ausgebildeten Emitterbereichen gebildet werden.
Wenn zum Beispiel ein Emitterbereich mit einer Dotierungskonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^–3 erzeugt wird, kann anschließend in einem Teilbereich des Emitterbereichs ein Basisbereich mit einer Dotierungskonzentration von beispielsweise mehr als 2 × 10¹⁹ cm^–3 durch Überkompensieren mit Dotanden für den entsprechend entgegengesetzten Halbleitertyp erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich eine Fläche der von den Emitterkontakten kontaktierten Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 20% relativ, noch stärker bevorzugt weniger als 10% relativ, von einer Fläche der von dem Basiskontakt kontaktierten Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats. Mit anderen Worten sind die Emitterkontakte und die Basiskontakte flächenmäßig in etwa ähnlich oder gleich groß, wobei idealerweise sowohl die Emitterkontakte als auch die Basiskontakte jeweils annähernd 50% der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats bedecken. Dadurch, dass beide Kontakttypen flächenmäßig etwa gleich groß sind, können auch die in den Kontakten bewirkten Serienwiderstände, die sowohl von der lateralen Flächenausdehnung wie auch von der Dicke der Kontakte abhängen, etwa gleich groß sein. Beide Kontakttypen können mit einer gleichen Dicke erzeugt werden, wobei die Dicke so gewählt werden kann, dass die Serienwiderstandsverluste in den Kontakten vernachlässigbar klein sind. Selbst wenn die beiden Kontakttypen im gleichen Verfahrensschritt erzeugt werden und somit automatisch die gleiche Dicke aufweisen, hat keiner der Kontakttypen eine übermäßig große Dicke und es wird kein für die Erzeugung der Kontakte notwendiges Metall verschwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Bereiche, in denen Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats Basisbereiche im Inneren des Halbleitersubstrats kontaktieren, als punktförmige Verbindungsbereiche ausgebildet. Die Verbindungsbereiche unterbrechen hierbei die Überlappungsbereiche zwischen den Emitterbereichen und den Basisbereichen und können somit als elektrische Verbindung zwischen den die Basisbereiche kontaktierenden Basiskontakten und den Basisbereichen im Inneren des Halbleitersubstrats wirken. Dadurch, dass diese Verbindungsbereiche punktförmig ausgebildet werden, kann erreicht werden, dass die Unterbrechungen in dem Emitterbereich möglichst klein sind, so dass die Fläche des Strom-sammelnden pn-Übergangs maximiert wird. Beispielsweise können die punktförmigen Verbindungsbereiche linear hintereinander und äquidistant voneinander beabstandet parallel zu fingerförmigen Basiskontakten ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zuvor genannten punktförmigen Verbindungsbereiche jeweils in seitlichen Randbereichen der Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet. Dadurch, dass Verbindungsbereiche nicht in der Mitte, sondern in seitlichen Randbereichen der Basisbereiche ausgebildet sind, können die Strecken, die Ladungsträger, die im Inneren des Halbleitersubstrats durch Lichteinfall erzeugt wurden, zurücklegen müssen, bevor sie durch die Verbindungsbereiche hindurch zu den Basiskontakten abfließen können, reduziert werden. Dadurch kann ein reduzierter Serienwiderstand innerhalb der Basis erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Basisbereiche Phosphor-dotiert und die Emitterbereiche sind Bor-dotiert. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt es, zunächst die Emitterbereiche zu erzeugen und anschließend die Phosphor-dotierten Basisbereiche einzudiffundieren und dabei den Emitter-Push-Effekt zu nutzen, das heißt, die zuvor in den Emitterbereichen erzeugte Bor-Dotierung weiter ins Innere des Halbleitersubstrats zu treiben. Auf diese Weise können in verfahrenstechnisch einfacher Art die Überlappungsbereiche erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grenzen die Emitterbereiche im Wesentlichen lediglich im Bereich der Emitterkontakte an die Rückseitenoberfläche an. Mit anderen Worten erstrecken sich die Emitterbereiche im Wesentlichen lediglich dort, wo sie von den Emitterkontakten kontaktiert werden, direkt an der Rückseitenoberfläche der Solarzelle und in allen anderen Bereichen sind die Emitterbereiche tiefer im Innern der Solarzelle „vergraben" und von der Rückseiten-Oberfläche durch einen dazwischen liegenden Basisbereich getrennt. Nochmals anders ausgedrückt reichen die Überlappungsbereiche bei dieser Ausführungsform lateral bis knapp an die von den Emitterkontakten kontaktierten Bereiche der Emitterbereiche heran.
"Im Wesentlichen" kann hierbei derart aufgefasst werden, das die an die Rückseitenoberfläche angrenzenden Bereiche der Emitterbereiche bis auf Fertigungstoleranzen genau, d. h. je nach Herstellungsverfahren bis auf wenige Mikrometer bis hin zu einigen hundert Mikrometern genau, mit den durch die Emitterkontakte kontaktierten Bereichen der Rückseiten-Oberfläche übereinstimmen. Zumindest soll in dieser Ausführungsform der Flächenanteil der an die Rückseiten-Oberfläche angrenzenden Bereiche der Emitterbereiche kleiner sein als der Flächenanteil der nicht an die Rückseiten-Oberfläche angrenzenden, d. h. vergrabenen, Bereiche der Emitterbereiche.
Damit ist bei dieser Ausführungsform ein Großteil der Rückseiten-Oberfläche mit Basisbereichen bedeckt. Diese Basisbereiche lassen sich, insbesondere wenn es sich um n-Typ-Bereiche handelt, besser mit etablierten Techniken wie zum Beispiel thermischer Oxidation oberflächenpassivieren als p-Typ Emitterbereiche.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zumindest einige der Basisbereiche nicht mit Basiskontakten in elektrischem Kontakt. Mit anderen Worten stehen nicht alle der Basisbereiche an der Rückseiten-Oberfläche in elektrischem Kontakt zu den Basiskontakten, sondern einige Basisbereiche sind von den Basiskontakten isoliert. Diese nicht direkt kontaktierten Bereiche werden auch als „floating" bezeichnet und lassen sich, insbesondere wenn es sich um n-Typ-Bereiche handelt, besonders gut oberflächenpassivieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, insbesondere der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Solarzelle, vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Prozessschritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, das einen Basis-Halbleitertyp aufweist; Ausbilden von Emitterbereichen entlang einer Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Emitterbereiche einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp aufweisen; Ausbilden von Basisbereichen entlang der Rückseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Basisbereiche den Basis-Halbleitertyp aufweisen; Ausbilden von Emitterkontakten zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche; und Ausbilden von Basiskontakten zur elektrischen Kontaktierung zumindest einiger der Basisbereiche. Hierbei werden die Emitterbereiche und die Basisbereiche derart ausgebildet, dass sie sich zumindest in Überlappungsbereichen überlappen und die Emitterbereiche in den Überlappungsbereichen von der Rückseiten-Oberfläche her gesehen tiefer in das Halbleitersubstrat hineinreichen als die Basisbereiche.
Die Emitterbereiche und die Basisbereiche können mittels unterschiedlicher Verfahren erzeugt werden, beispielsweise durch lokales Eindiffundieren unter Verwendung beispielsweise von Masken oder Lithographie, durch Ionenimplantation, durch lokales Einlegieren, durch epitaktisches Aufbringen entsprechender Schichten, durch ganzflächiges Aufbringen und anschließendes Strukturieren z. B. lokales Entfernen zum Beispiel mittels Laser-Ablation, etc.
Die Emitter- und Basiskontakte können ebenfalls mittels verschiedener Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch lokales Aufdampfen zum Beispiel unter Verwendung von Masken oder Lithographie, oder durch Siebdruck- oder durch Dispensverfahren. Generell können alle Verfahren verwendet werden, die es ermöglichen, Kontakte lokal, beispielsweise Finger- oder Grid-förmig, an einer Substratrückseite auszubilden, einschließlich der Möglichkeit, ganzflächige Metallschichten aufzubringen, die im Nachhinein durch lokales Entfernen strukturiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zunächst die Emitterbereiche mit einer ersten Tiefe und einer ersten Dotierungskonzentration und dann die Basisbereiche mit einer zweiten Tiefe und einer zweiten Dotierungskonzentration ausgebildet, wobei die erste Tiefe größer ist als die zweite Tiefe und wobei die erste Dotierungskonzentration kleiner ist als die zweite Dotierungskonzentration. Mit anderen Worten wird zunächst ein relativ schwach dotierter, tiefer Emitter gebildet, der dann lokal von einem stärker dotierten, flacheren Basisbereich überkompensiert werden kann. Dabei können außerhalb der überkompensierten Bereiche tiefer gelegene Emitterbereiche verbleiben, so dass sich der gewünschte Überlappungsbereich bildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die von der Rückseite der Solarzelle aus gesehen tiefer liegenden (vergrabenen) Emitterbereiche nicht dadurch erzeugt, dass ein tiefer Emitter gebildet und nahe der Oberfläche überkompensiert wird, sondern direkt, zum Beispiel mittels Ionen-Implantation von Dotierstoffen, in der gewünschten Tiefe erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zunächst die Emitterbereiche mit einer Bor-Dotierung ausgebildet und anschließend werden die Basisbereiche mit einer Phosphor-Dotierung ausgebildet. Hierbei ist es nicht zwingend notwendig, dass die Basisbereiche durch Überkompensieren der zuvor erzeugten Emitterbereiche erzeugt werden. Stattdessen kann in dieser Ausführungsform der Emitter-Push-Effekt genutzt werden, wobei während dem Eindiffundieren der Phosphor-Dotierung die zuvor dort vorhandene Bor-Dotierung vor sich hergeschoben wird und einen tiefer gelegenen Emitterbereich bildet. Entsprechend muss die Dotierungskonzentration in den Basisbereichen nicht unbedingt größer sein als in den Emitterbereichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zumindest einige der Basisbereiche derart ausgebildet, dass sie nicht in elektrischem Kontakt mit Basiskontakten sind. Auf diese Weise können sogenannte „floatende" Basisbereiche ausgebildet werde, die sich insbesondere im Falle von n-Typ Basisbereichen gut oberflächenpassivieren lassen. Die floatenden Basisbereiche können von den durch die Basiskontakte kontaktierten Basisbereichen durch dazwischen liegende Emitterbereiche oder sonstige isolierende Schichten elektrisch isoliert sein.
Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung hauptsächlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Rückkontakt-Solarzelle beschrieben wurden. Ein Fachmann wird jedoch aus der vorangehenden und auch aus der nachfolgenden Beschreibung erkennen, dass, sofern dies nicht anders angegeben ist, die Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung auch analog auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine Solarzelle übertragen werden können. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen ist, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
1 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit überkompensierten Basisbereichen.
2 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit durch den Emitter-Push-Effekt erzeugten Überlappungsbereichen.
3 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit in Randbereichen der Basisbereiche ausgebildeten Verbindungsbereichen.
4 zeigt eine auschnittsweise Draufsicht auf die Rückseite der in 3 dargestellte Ausführungsform.
5 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der Überlappungsbereiche bis nahe an die Emitterkontakte heranreichen.
6 zeigt in Querschnittsdarstellung eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit floatenden Basisbereichen.
7 zeigt eine Rückkontakt-Solarzelle gemäß dem Stand der Technik.
8 zeigt eine weitere Rückkontakt-Solarzelle gemäß dem Stand der Technik.
Alle Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren sind ähnliche oder gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die in 1 im Querschnitt dargestellte erfindungsgemäße Rückkontakt-Solarzelle weist ein Halbleitersubstrat 1 in Form eines Siliziumwafers auf. An der Rückseiten-Oberfläche 3 des Halbleitersubstrats 1 sind sowohl Emitterbereiche 5 als auch Basisbereiche 7 ausgebildet. An der Rückseiten-Oberfläche 3 befindet sich ferner eine dielektrische Schicht 9 aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, die zur Passivierung der Oberfläche des Halbleitersubstrats und/oder als Rückseiten-Reflektor dienen kann, die jedoch nicht zwingend elektrisch isolierend sein muss. Über der dielektrischen Schicht 9 sind dann die Emitterkontakte 11 und die Basiskontakte 13 ausgebildet. Sowohl die Emitter- als auch die Basiskontakte 11, 13 sind in Form länglicher, fingerförmiger, senkrecht zur Zeichenebene verlaufender Kontakte ausgebildet. Sie haben im Wesentlichen gleiche Breiten w_E, w_B. Der Emitterkontakt 11 kontaktiert durch linienförmige Öffnungen oder durch linear hintereinander benachbart angeordnete punktförmige Öffnungen 15 in der dielektrischen Schicht 9 hindurch einen Emitterbereich 5. Die Breite w_e des an die Rückseiten-Oberfläche 3 angrenzenden Teilbereichs des Emitterbereichs 5 ist geringfügig größer als die Breite w_E des entsprechenden Emitterkontakts 11. Dementsprechend besteht selbst dann, wenn die dielektrische Schicht 9 nicht elektrisch isolierend ist, kein Risiko, dass der Emitterkontakt 11 einen Kurzschluss zu dem benachbarten Basisbereich 7 bewirkt. In analoger Weise erstreckt sich ein fingerförmiger Basiskontakt 13 über die dielektrische Schicht 9 und kontaktiert durch eine linienförmige Öffnung oder durch linear hintereinander benachbart angeordnete punktförmige Öffnungen 17 den darunter liegenden Basisbereich 7. Auch hier ist die Breite w_B des Basiskontakts 13 geringfügig kleiner als die Breite w_b des darunter liegenden Basisbereichs 7, so dass kein Risiko von Kurzschlüssen zwischen Metallkontakten der einen Polarität und Halbleiterbereichen der anderen Polarität, also beispielsweise zwischen Basiskontakten und Emitterbereichen, besteht.
In Überlappungsbereichen 19 überlappt der Emitterbereich 5 einen seitlich daran angrenzenden Basisbereich 7. Dieser Überlappungsbereich 19 entsteht hierbei dadurch, dass zur Herstellung der dargestellten Rückkontakt-Solarzelle zunächst die Emitterbereiche 5 mit einer verhältnismäßig großen Tiefe t_e in die Rückseite des Halbleitersubstrats 1 eindiffundiert wurden und anschließend die Basisbereiche 7 mit einer geringeren Tiefe t_b eindiffundiert wurden, wobei die Diffusion der Basisbereiche der dabei verwendeten Prozessparameter, wie zum Beispiel Temperatur und Diffusionsdauer, derart vorgenommen wird, dass im Bereich der Basisbereiche 7 eine Überkompensation der dort zuvor befindlichen Emitter-Dotierung stattfindet.
Die Überlappungsbereiche 19 weisen eine Breite w_u auf, die geringfügig kleiner ist als die halbe Breite w_b der Basisbereiche 7. Somit bleibt zwischen gegenüber liegenden Überlappungsbereichen 19 ein kleiner als Verbindungsbereich 21 wirkender Spalt, an dem der entsprechende Basisbereich 7 mit dem Inneren des Halbleitersubstrats 1 in elektrischem Kontakt steht und über den die im Halbleitersubstrat 1 erzeugten Majoritätsladungsträger hin zum Basiskontakt 13 strömen können.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückkontakt-Solarzelle stimmt in den meisten ihrer Merkmale mit der in 1 gezeigten Ausführungsform überein. Hauptunterschied ist der in dem Emitterbereich 5 am Rande des Überlappungsbereichs 19 erkennbare stufenförmige Übergang 23. Dieser Übergang 23 kommt dann zustande, wenn bei der Erzeugung der Emitterbereiche 5 und der Basisbereiche 7 der Emitter-Push-Effekt genutzt wird und somit beim Eindiffundieren des Basisbereichs 7 der darüber liegende Emitterbereich 5 im Überlappungsbereich 19 tiefer ins Innere des Halbleitersubstrats 1 hineingeschoben wird.
Die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rückkontakt-Solarzelle unterscheidet sich von den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen hauptsächlich dadurch, dass sich der Verbindungsbereich 21, der den an der Rückseitenoberfläche 3 angeordneten Basisbereich 7 mit dem Inneren des Halbleitersubstrats 1 verbindet, nicht wie in den 1 und 2 gezeigt etwa in der Mitte des Basisbereichs 7 angeordnet ist. Stattdessen sind zwei solche Verbindungsbereiche 21 vorgesehen, die jeweils in Randbereichen 25 der Basisbereiche 7 vorgesehen sind und vorzugsweise keine langen, parallel zu den Metallkontakten verlaufenden Linien bilden, sondern besonders bevorzugt punktförmige Verbindungsbereiche darstellen. Dadurch können zum Beispiel Majoritätsladungsträger, die im Innern des Halbleitersubstrats 1 in einem Bereich oberhalb der Emitterbereiche 5, das heißt zwischen zwei lateral benachbarten Basisbereichen 7 erzeugt werden, durch die in dem Randbereich 25 vorgesehenen Verbindungsbereiche 21 hin zum Basiskontakt 13 abfließen, anstatt wie in den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen bis hin zu dem in der Mitte des Basisbereichs 7 vorgesehenen Verbindungsbereich 21 über einen längeren Weg strömen zu müssen, bevor sie zum Basiskontakt 13 abfließen können. Entsprechend können hierdurch Serienwiderstandsverluste reduziert werden.
Dadurch, dass die Verbindungsbereiche 21 in dieser Ausführungsform lediglich punktförmig ausgebildet sind, besteht auch ein elektrischer Kontakt, der mittig über den Basiskontakten 13 angeordneten Regionen der Emitterbereiche 5 zu den mit den Emitterkontakten 11 in elektrischem Kontakt stehenden Regionen dieser Emitterbereiche 5. Abgesehen von den kleinen Aussparungen an den Verbindungsbereichen 21 kann somit im Wesentlichen die gesamte Fläche der Solarzelle mit einem Emitter 5 bedeckt sein, so dass Ladungsträger sehr effizient eingesammelt werden können.
In 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Emitterbereiche 5 lediglich im Bereich der Emitterkontakte 11 an die Rückseiten-Oberfläche 3 angrenzen. In den dazwischen liegenden Bereichen sind die Emitterbereiche 5 tiefer im Innern der Solarzelle vergraben und von der Rückseiten-Oberfläche 3 durch dazwischen liegende Basisbereiche 7 getrennt. Diese Basisbereiche 7 sind wiederum von einer dielektrischen Schicht 9, vorzugsweise einem thermischen Oxid, bedeckt und dadurch sehr gut oberflächenpassiviert.
In 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der einige der Basisbereiche 7 nicht mit Basiskontakten 13 in elektrischem Kontakt sind. Diese „floatenden" Basisbereiche 7' sind durch Teile der Emitterbereiche 5 von den kontaktierten Basisbereichen 7 isoliert. Die floatenden Basisbereiche 7' können durch eine darauf abgeschiedenen dielektrische Schicht 9 sehr gut passiviert werden.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen", „aufweisen", etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise beschränken.

Claims

Rückkontaktsolarzelle, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (1); Basisbereiche (7) entlang der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1), wobei die Basisbereiche (7) einen Basis-Halbleitertyp aufweisen; Emitterbereiche (5) entlang einer Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1), wobei die Emitterbereiche (5) einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp aufweisen; Emitterkontakte (11) zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche (5); Basiskontakte (13) zur elektrischen Kontaktierung zumindest einiger der Basisbereiche (7); wobei sich die Emitterbereiche (5) und die Basisbereiche (7) zumindest in Überlappungsbereichen (19) überlappen und wobei die Emitterbereiche (5) in den Überlappungsbereichen (19) von der Rückseiten-Oberfläche (3) tiefer in das Halbleitersubstrat (1) hineinreichen als die Basisbereiche (7).
Rückkontaktsolarzelle nach Anspruch 1, wobei die Emitterbereiche (5) sich entlang mehr als 65% der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) erstrecken und wobei die Basisbereiche (7) sich entlang mehr als 40% der Rückseiten- Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) erstrecken.
Rückkontaktsolarzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Fläche der von den Basiskontakten (13) überdeckten Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) zwischen 50% und 100% der Fläche der Basisbereiche (7) an der Rückseitenoberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) beträgt.
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Dotierungskonzentration in den Basisbereichen (7) an der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) höher ist als in Basisbereichen im Innern des Halbleitersubstrates (1).
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Dotierungskonzentration in den Basisbereichen (7) an der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) höher ist als in Emitterbereichen (5).
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Fläche der von dem Emitterkontakt (11) kontaktierten Rückseiten-Oberfläche (13) des Halbleitersubstrates (1) sich weniger als 20% relativ von einer Fläche der von dem Basiskontakt (13) kontaktierten Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) unterscheidet.
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Bereiche, in denen Basisbereiche (7) an der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) Basisbereiche im Innern des Halbleitersubstrates (1) kontaktieren, als punktförmige Verbindungsbereiche (21) ausgebildet sind.
Rückkontaktsolarzelle nach Anspruch 7, wobei die punktförmigen Verbindungsbereiche (21) jeweils in seitlichen Randbereichen (25) der Basisbereiche (7) an der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1) angeordnet sind.
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Basisbereiche (7) Phosphor-dotiert sind und die Emitterbereiche (5) Bor-dotiert sind.
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Emitterbereiche (5) im Wesentlichen lediglich im Bereich der Emitterkontakte (11) an die Rückseitenoberfläche (3) angrenzen.
Rückkontaktsolarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest einige (7') der Basisbereiche (7) nicht mit Basiskontakten (13) in elektrischem Kontakt sind.
Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, aufweisend: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1); Ausbilden von Basisbereichen (7) entlang der Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1), wobei die Basisbereiche (7) einen Basis-Halbleitertyp aufweisen; Ausbilden von Emitterbereichen (5) entlang einer Rückseiten-Oberfläche (3) des Halbleitersubstrates (1), wobei die Emitterbereiche (5) einen dem Basis-Halbleitertyp entgegengesetzten Emitter-Halbleitertyp aufweisen; Ausbilden von Emitterkontakten (11) zur elektrischen Kontaktierung der Emitterbereiche (5); Ausbilden von Basiskontakten (13) zur elektrischen Kontaktierung zumindest einiger der Basisbereiche (7); wobei die Emitterbereiche (5) und die Basisbereiche (7) derart ausgebildet werden, dass sie sich zumindest in Überlappungsbereichen (19) überlappen und die Emitterbereiche (5) in den Überlappungsbereichen (19) von der Rückseitenoberfläche (3) tiefer in das Halbleitersubstrat (1) hineinreichen als die Basisbereiche (7).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei zuerst die Emitterbereiche (5) mit einer ersten Tiefe und einer ersten Dotierungskonzentration und dann die Basisbereiche (7) mit einer zweiten Tiefe und einer zweiten Dotierungskonzentration ausgebildet werden, wobei die erste Tiefe größer ist als die zweite Tiefe und wobei die erste Dotierungskonzentration kleiner ist als die zweite Dotierungskonzentration.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei zuerst die Emitterbereiche (5) mit einer Bor-Dotierung ausgebildet werden und dann die Basisbereiche (7) mit einer Phosphor-Dotierung ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei zumindest einige (7') der Basisbereiche (7) derart ausgebildet werden, dass sie nicht in elektrischem Kontakt mit Basiskontakten (13) sind.