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Die
Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Photovoltaische
Solarzellen weisen einen Ladungsträger trennenden Übergang
zwischen einer Basis und einem Emitter auf, in dem aufgrund einfallender
Lichtstrahlen erzeugte freie Ladungsträger getrennt und
mittels angeschlossener Emitter- und Basiskontakte als Solarstrom
abgeführt werden. Ein Beispiel für einen derartigen Übergang
bildet ein pn-Übergang zwischen einem n- oder p-dotierten
Basishalbleiter und einer dementsprechend entgegengesetzt dotierten
Emitterschicht.
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Um
eine Abschattung der Solarzelle zu minimieren oder möglichst
ganz zu vermeiden, werden bei manchen Solarzellentypen sowohl die
Emitter- als auch die Basiskontakte auf einer Rück- oder
dem einfallenden Licht abgewandten Seite der Solarzelle aufgebracht.
Eine besondere Gruppe derartiger rückkontaktierter Solarzellen
stellen sogenannte Emitter-Wrap-Through-Solarzellen (EWT-Solarzellen) dar.
Bei EWT-Solarzellen sind die Emitterschichten auf der Vorder- oder
Lichteinfallseite eines Solarzellenwafers aufgebracht und erstrecken
sich zudem durch Durchgangslöcher im Solarzellenwafer.
Auf diese Weise können die Emitterkontakte auf der Solarzellenrückseite
kontaktiert werden.
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In
der Regel werden Emitterbereiche mittels Diffusionsprozessen hergestellt,
bei denen ein Solarzellenwafer aus einem dotierten Basishalbleiter
im vorgesehenen Emitterbereich mit einem Dotierstoff dotiert wird.
Bei EWT-Solarzellen besteht hierbei das Problem, dass die resultierenden
Solarzellen hohe Sättigungsströme und niedrige
Füllfaktoren aufweisen können, was einen geringeren
Wirkungsgrad zur Folge hat. Darüber hinaus sind in der
Regel zwei Diffusionsschritte erforderlich, um die vorder- und gegebenenfalls
rückseitigen Emitterflächen sowie einen besonders
leitfähigen Bereich an den Lochwandungen herzustellen.
Hieraus ergeben sich hohe Herstellungskosten und längere
Produktionszeiten.
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Es
ist somit Aufgabe der Erfindung, eine EWT-Solarzelle sowie ein Herstellungsverfahren
für eine EWT-Solarzelle bereitzustellen, um einen besseren
Wirkungsgrad bei geringerem Herstellungsaufwand zu erzielen.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Solarzelle
mit den Merkmalen des Anspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen
gemäß dem Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
aufgeführt.
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Die
Erfindung beruht auf den Gedanken, die Emitterschichten nicht als
eine Diffusionsschicht in dem Basishalbleiter zu erzeugen, sondern
aus einem Material so auf dem Basishalbleiter zu bilden, dass ein
Heteroübergang zwischen Emitterschicht und Basishalbleiter
entsteht. Ein Dotieren des Basishalbleiters mit Dotierstoffen zur
Herstellung des Emitters wird somit überflüssig.
Hierdurch werden der hohe Energieverbrauch und die mögliche
Materialdegradation als Folge herkömmlicher Diffusionsverfahren vermieden,
bei denen es sich in der Regel um Hochtemperaturprozesse handelt.
Der Heteroübergang hat ferner den Vorteil, dass hierdurch
der Sättigungsstrom der Solarzelle niedrig gehalten wird.
Zudem wird die Handhabung („handling”) insbesondere
dünnerer Solarzellen (Waferstärken von weniger
als 300 μm) bei der Herstellung erleichtert und sicherer
gemacht, so dass die Bruchgefahr sinkt.
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Die
Durchgangslöcher erstrecken sich über eine Schichtdicke
des Basishalbleiters und ihre Innenwände sind vollständig
mit der Emitterschicht ausgekleidet. Dies bedeutet, dass die Emitterschicht die
Innenwände mittelbar oder unmittelbar bedeckt. Die Durchgangslöcher
können je nach Bedarf einen kreisförmigen oder
quadratischen Querschnitt aufweisen. Als Beispiel können die
Durchgangslöcher Durchmesser von etwa 50 μm bis
100 μm aufweisen und in Abständen in der Größenordnung
von etwa 1 mm, beispielsweise rasterförmig mit einem Rasterabstand
von etwa 1 mm, angeordnet sein. Der Basishalbleiter weist bevorzugt
eine Dicke von etwa 50 μm bis 300 μm auf. Die
Durchgangslöcher haben vorzugsweise ein Aspektverhältnis
von etwa 0,3 bis 3, vorzugsweise von 1.
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Bevorzugterweise
handelt es sich bei dem Basishalbleiter um einen kristallinen Halbleiterwafer, auf
dem eine Emitterschicht aus amorphem Halbleitermaterial aufgebracht
ist, um den Heteroübergang zu bilden. Mit amorphem Material
können hier auch alle Übergangsformen wie nanokristallines,
polymorphes oder mikrokristallines Halbleitermaterial gemeint sein.
Vorzugsweise sind Basishalbleiter und Emitterschicht unterschiedlich
dotiert und bilden somit einen anisotypen Heteroübergang.
Beispielsweise kann der Basishalbleiter n-leitend und die Emitterschicht
p-leitend sein.
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Die
Durchgangslöcher im Basishalbleiter können mittels
Laserbearbeitung erzeugt werden. Ferner kann ein Reinigungsschritt
nach dem Bohren der Durchgangslöcher mittels nasschemischer
Verfahren oder mittels eines Plasmaprozesses durchgeführt
werden. Die Durchgangslöcher erstrecken sich nach Fertigstellen
der Solarzelle durch den Basishalbleiter und auch durch weitere
hierauf aufgebrachte Schichten auf der Basishalbleitervorderseite und
der Basishalbleiterrückseite.
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Das
Abscheiden der Emitterschicht, der transparenten leitfähigen
Schicht und gegebenenfalls der sich zwischen Emitter und Basis befindenden
optionalen Pufferschicht erfolgt vorzugsweise mittels plasmaunterstützter
Abscheidungsverfahren. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die plasmaunterstützt
deponierten Schichten auch auf den Innenwänden der Durchgangslöcher
abscheiden. Somit entstehen bei der Abscheidung der Emitterschicht
auch Heteroübergänge in den Durchgangslöchern,
wodurch Kurzschlüsse oder Shunts vermieden werden. Weiterhin
wird bei plasmaunterstützter Abscheidung der transparenten
leitfähigen Schicht die Leitfähigkeit entlang
der Innenwände erhöht.
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Eine
mögliche Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung
der Solarzelle umfasst somit folgende Schritte:
- 1.
Erzeugen von Durchgangslöchern im Basishalbleiter, beispielsweise
mittels Laserbohren;
- 2. Reinigen und Ätzen zum Entfernen von Sägeschaden,
beispielsweise mittels Nasschemie;
- 3. gegebenenfalls Anwendung von Defektgetterprozessen, wie einer
Phosphordiffusion mit anschließendem Wegätzen
der Phosphorschicht, zur Reduzierung rekombinationsaktiver Verunreinigungen;
- 4. beidseitig ganzflächiges Abscheiden der Emitterschicht
gegebenenfalls mit einer zuvor abgeschiedenen intrinsischen Pufferschicht;
- 5. vorderseitiges Abscheiden einer Antireflexionsschicht (ARC – „anti
reflection coating”), beispielsweise aus einem transparenten
leitfähigen Oxid (TCO – „transparent
conductive Oxide”) mit etwa 80 nm Dicke mittels Sputtern;
- 6. Maskieren der Solarzellenrückseite;
- 7. Stellenweise entfernen des Emitters, beispielweise mittels
lokalen Ätzens;
- 8. Abscheiden einer Basisschicht;
- 9. Entfernen der Maskierung;
- 10. Aufbringen einer weiteren Maskierung;
- 11. Abscheiden einer rückseitigen Verspiegelung, vorzugsweise
für den Infrarotbereich, und einer Kontaktfläche
für Polymerkleber, beides beispielsweise aus TCO mittels
Sputtern;
- 12. Entfernen der Maskierung;
- 13. Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Polymerklebers
längs der Emitter und der Basiskontakte, vorzugsweise mittels
Inkjet-Verfahren;
- 14. Aufbringen von Drähten, beispielsweise mittels
Aufkleben; und
- 15. Laminieren.
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Die
Schritte 4., und/oder 8. werden vorzugsweise mittels plasmaunterstützter
Abscheidungsverfahren wie PECVD („plasma enhanced chemical
vapor deposition”) durchgeführt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Emitterschicht
und dem Basishalbleiter eine oberflächenpassivierende Pufferschicht
aus einem intrinsischen, das bedeutet im Wesentlichen undotierten
Halbleitermaterial angeordnet. Vorzugsweise ist die Pufferschicht
aus einem defektarmen amorphen Halbleitermaterial wie z. B. a-Si:H,
a-SiO:H a-SiC:H oder a-SiN:H gebildet. Im Falle von intrinsischem
a-Si:H handelt es sich um ein sogenanntes HIT-Design (HIT – „heterojunction
with intrinsic thin layer”). Aufgrund der verbesserten
Oberflächenpassivierung wird die Rekombinationsrate an
der Basishalbleiteroberfläche vermindert, wodurch der Solarzellenwirkungsgrad
steigt.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die
Pufferschicht teilweise oder vollständig über
die Innenwände der Durchgangslöcher erstreckt.
Mit anderen Worten, die Innenwände sind zumindest teilweise
mit der Pufferschicht ausgekleidet, die sich unterhalb der geschlossenen
Emitterschicht befindet.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
die Emitterschicht und/oder die Pufferschicht eine Basishalbleitervorderseite und/oder
eine Basishalbleiterrückseite teilweise oder im Wesentlichen
vollständig bedecken. Die Basishalbleitervorderseite entspricht
hierbei einer Lichteinfallseite der Solarzelle im Betrieb. Vorzugsweise
ist die Emitterschicht im Wesentlichen auf der gesamten Basishalbleitervorderseite
aufgebracht. Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Pufferschicht
unterhalb der Emitterschicht vollständig ist. Mit anderen Worten,
Bereiche der Basishalbleitervorderseite, der Basishalbleiterrückseite
und/oder der Innenwände können auch unmittelbar
mit der Emitterschicht beschichtet sein, wobei sich zwischen der
Emitterschicht und dem Basishalbleiter keine weitere Schicht befindet.
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Wenn
die Pufferschicht die Basishalbleitervorderseite, die Basishalbleiterrückseite
und die Innenwände der Durchgangslöcher vollständig
bedeckt, wird die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den
sich über der Emitterschicht befindenden leitfähigen
Schichten und dem Basishalbleiter zusätzlich verringert.
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Bevorzugterweise
ist vorgesehen, dass die Pufferschicht eine Dicke im Bereich zwischen
0,1 und 15 nm, vorzugsweise zwischen 2 und 8 nm, aufweist. Die Pufferschicht
kann auf der Basishalbleitervorderseite, auf der Basishalbleiterrückseite
und auf den Innenwänden jeweils unterschiedliche Dicken
aufweisen. Beispielsweise kann sie aufgrund des verwendeten Abscheidungsprozesses
in den Durchgangslöchern eine geringere Dicke aufweisen,
als auf den übrigen Oberflächen der Solarzelle.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausführungsform ist
vorgesehen, dass der Basishalbleiter aus einem kristallinen Material
gebildet ist. Zum Beispiel kann er als Halbleiterwafer vorliegen
oder in Folienform gebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist vorgesehen, dass die Pufferschicht und/oder die Emitterschicht
amorphes Halbleitermaterial umfassen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Basishalbleiter
und die Emitterschicht einen anisotypen Heteroübergang
bilden. Mit anderen Worten, wenn der Basishalbleiter n-leitend ist,
ist die Emitterschicht p-leitend und umgekehrt. Bei einer Abscheidung
der Emitterschicht aus einer Gasphase, kann dies beispielsweise
mittels Beimischen eines Dotierstoffes zu einem Emitter-Grundmaterial
erreicht werden.
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Vorteilhafterweise
ist vorgesehen, dass der Basishalbleiter, die Emitterschicht und/oder
die Pufferschicht aus einem gleichen Werkstoff gebildet sind. Die
Pufferschicht und/oder die Emitterschicht können zudem
aus dem gleichen Werkstoff gebildet sein, wie der Basishalbleiter,
beispielsweise aus Silizium. Auch bei identischen Werkstoffen (z.
B. Silizium) ist zu beachten, dass die Mikrostruktur der Schichten
und des Basishalbleiters unterschiedlich sein können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Emitterschicht
und/oder die Pufferschicht eine Stirnfläche des Basishalbleiters bedeckt.
Bei der Stirnfläche handelt es sich im Falle eines Halbleiterwafers
um eine oder mehrere umlaufende Waferaußenkanten. Der Emitter
und gegebenenfalls die Pufferschicht bedecken vorzugsweise sämtliche
Waferaußenkanten, um dort eine Oberflächenpassivierung
zu erreichen.
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Bevorzugterweise
ist vorgesehen, dass die Emitterschicht teilweise oder vollständig
mit einer transparenten leitfähigen Schicht bedeckt ist.
Diese kann beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen
Oxid wie Zinkoxid (ZnO), Indium-Zinnoxid (ITO) oder dergleichen
gebildet sein. Auf der dem Licht zugewandten Seite beträgt
die Dicke der transparenten leitfähigen Schicht vorzugsweise
etwa 80 nm, da sie dort auch als Antireflexschicht wirkt. An den
Innenwänden in den Durchgangslöchern kann die
Schichtdicke auch größer sein, um so einen möglichst
geringen Serienwiderstand zu gewährleisten.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen,
dass auf einer Basishalbleiterrückseite Elektroden mittels
eines leitfähigen Kontaktmaterials z. B. in Form eines
Klebemittels mit der Emitterschicht und/oder der der Basisschicht
und/oder den jeweils zugehörigen transparenten leitfähigen Schichten
elektrisch kontaktiert sind. Als Elektroden können hierbei
Metalldrähte verwendet werden, die auf einer Folie geklebt
sind, oder auf eine Folie gedruckte Leiterbahnen. Eine derartige
Draht- oder Leiterbahnfolie kann dann gegen die Basishalbleiterrückseite
gedrückt oder hieran beispielsweise mittels Klebemittel
befestigt werden. Alternativ können die Elektroden auch
ohne Folie ausschließlich mittels des Kontaktmaterials
an der Basishalbleiterrückseite gehalten sein.
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Das
Kontaktmaterial kann beispielsweise aus einer Polymerpaste beziehungsweise
einem Polymerkleber gebildet sein, mit der sich insbesondere eine
starke Haftung mit der transparenten leitfähigen Schicht
erzeugen lässt. Bei der elektrischen Kontaktierung ist
darauf zu achten, dass ein niederohmiges Einsammeln des Stroms von
der Basishalbleitervorderseite durch die Elektroden gewährleistet
ist. Es ist daher ein guter Kontakt zum Emitter beziehungsweise
zu der transparenten leitfähigen Schicht notwendig.
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Zweckmäßigerweise
ist vorgesehen, dass das leitfähige Kontaktmaterial in
die Durchgangslöcher hinein reicht. Hierdurch wird zusätzlich
der elektrische Widerstand der Verbindung zwischen der vorderseitigen
Emitterschicht und den rückseitigen Elektroden durch die
Löcher verringert, da das Kontaktmaterial zusätzlich
zur Stromleitung durch die Löcher beiträgt. Das
Kontaktmaterial bildet also vorzugsweise eine dünne Schicht
entlang der Innenwände der Durchgangslöcher und
reicht bevorzugt bis an obere Ränder der Durchgangslöcher
oder füllt diese aus, ohne jedoch die Basishalbleitervorderseite
zu bedecken und somit eine teilweise Abschattung der Solarzelle
zu bewirken.
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Beispielsweise
wäre eine Emitterschichtdicke von etwa 10 nm zu dünn,
um für eine gute Leitfähigkeit durch die Durchgangslöcher
hindurch zu sorgen. Eine hierauf aufgebrachte transparente leitfähige
Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm würde möglicherweise
eine hinreichend hohe Leitfähigkeit erzeugen. Erheblich
verbessert wird die Leitfähigkeit entlang der Durchgangslöcher
jedoch mit einem in die Durchgangslöcher hineinreichenden
leitfähigen Kontaktmaterial, beispielsweise aus einem leitfähigen
Klebemittel.
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Wie
bereits erläutert, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
vorgesehen, dass das leitfähige Kontaktmaterial im Wesentlichen
entlang einer gesamten Lochtiefe in die Durchgangslöcher
hinein reicht. Dies kann beispielweise aufgrund von Kapillareffekten
erfolgen, wenn das Kontaktmaterial in flüssiger Form aufgebracht
wird oder das Kontaktmaterial kann während des Aufbringens
in die Durchgangslöcher hineingedrückt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung des Herstellungsverfahrens findet eine
Deposition einer Pufferschicht aus einem intrinsischen Halbleitermaterial
auf den Basishalbleiter statt, wobei vorzugsweise zuvor ein Defektgetterprozess
durchgeführt wird. Ferner wird in einer zweckmäßigen
Ausführungsform auf der Emitterschicht eine transparente
leitfähige Schicht aufgetragen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die Pufferschicht, die Emitterschicht und/oder die transparente
leitfähige Schicht beidseitig auf dem Basishalbleiter abgeschieden werden.
Dies kann gleichermaßen für eine transparente
leitfähige Schicht gelten, die jedoch auf der Basishalbleiterrückseite
nicht zwingend erforderlich ist. Je nach Abscheidungsbedingungen,
beispielweise den Plasma-Eigenschaften bei plasmaunterstützter Abscheidung,
und dem Aspektverhältnis der Durchgangslöcher
nimmt die Schichtdicke mit der Eindringtiefe in einem Durchgangsloch
ab.
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Die
beidseitige Abscheidung einer Schicht kann in einem Verfahrensschritt
durchgeführt werden. Alternativ kann die Abscheidung einer
oder mehrerer der Schichten aufgespaltet werden in eine vorderseitige
Abscheidung und eine rückseitige Abscheidung, die nacheinander
erfolgen. Eine derartige Aufspaltung hat beispielsweise den Vorteil,
dass die so erzeugte Schicht auf den Innenwänden der Durchgangslöcher
durch Überlagerung der beiden Abscheidungsschritte eine
größere Schichtdicke erhält. Dies ist
insbesondere bei jenen Abscheidungsprozessen hilfreich, bei denen
die in den Durchgangslöchern erzeugten Schichtdicken in
der Regel gering sind. Zudem kann hierdurch sichergestellt werden, dass
die Innenwände tatsächlich im Wesentlichen vollständig
mit der jeweiligen Schicht bedeckt sind.
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Ferner
lassen sich so jeweils unterschiedliche Schichtdicken auf Vorder-
und Rückseite der Solarzelle erzeugen. Beispielsweise kann
die Dicke der transparenten leitfähige Schicht auf der
Basishalbleitervorderseite für den Lichteinfall optimiert
werden, beispielsweise als Antireflexionsschicht, während
die Schicht auf der Basishalbleiterrückseite dicker abgeschieden
wird, um dort eine erhöhte Leitfähigkeit zu erreichen
und zudem die Schichtdicke in den Innenwänden unabhängig
von der Schichtdicke auf der Basishalbleitervorderseite zu erhöhen.
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Im Übrigen
kann auch mittels der gleichen Abscheidungsverfahren eine Basisschicht
auf der Basishalbleiterrückseite hergestellt werden, und zwar
vorzugsweise unmittelbar vor oder nach der Abscheidung der Emitterschicht.
Diese Basisschicht besteht vorzugsweise aus amorphem Material des
Basiswerkstoffes und ist vorzugsweise vom gleichen Dotiertyp hoch
dotiert um einen Back-Surface-Field-Effekt (BSF-Effekt) zu erzielen.
Somit lässt sich auch die Basisschicht mit oder ohne einer
hierunter angeordneten oberflächenpassivierenden Pufferschicht
und/oder mit einer hierauf angeordneten transparenten leitfähigen
Schicht herstellen.
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Alternativ
kann der Basiskontakt auch auf andere Weise gebildet werden, beispielsweise
mittels direktes Kontaktieren des Basismaterials mit dem Metall,
mittels LFC-Strukturen (LFC – „Laser Fired Contacts”),
PERC-Strukturen (PERC – „Passivated Emitter and
Rear Cell”, Isolierende Rückseitenpassivierung
mit lokalen Öffnungen) oder PERL-Strukturen (PERL – „passivated
emitter, rear locally diffused”, wie PERC, wobei allerdings
die lokalen Kontaktbereiche im Wafer hoch dotiert sind) oder anderer
Verfahren, bei denen das Basismaterial nicht eine Temperatur übersteigt,
die die amorphen Schichten schädigt. Auch eine Kontaktierung
des Metalls auf durch Diffusionsprozesse hoch dotierte Bereiche
des Basismaterials ist möglich. Allerdings müssen
die Diffusionsprozesse vor der Abscheidung der amorphen Schichten
erfolgen, um diese nicht durch die hohen Temperaturen zu schädigen.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass Innenwände
der Durchgangslöcher mittels Auftragen eines leitfähigen
Kontaktmaterials bedeckt werden. Vorzugsweise erfolgt dies mittels
Auftragen des Kontaktmaterials in einer flüssigen oder streichfähigen
Form von der Basishalbleiterrückseite her. Die Innenwände
sollten hierbei vorteilhafterweise vollständig bedeckt
werden, beispielsweise unter Ausnutzung des Kapillareffektes.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
das leitfähige Kontaktmaterial mittels Inkjet-Verfahren,
Siebdruck mit leitfähigen Pasten, Dispenstechnologien,
Sputtern und/oder Aufdampfen aufgetragen wird.
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Bevorzugterweise
ist vorgesehen, dass die Deposition der Pufferschicht, der Emitterschicht und/oder
der transparenten leitfähigen Schicht plasmaunterstützt
erfolgt, beispielsweise mittels eines PECVD-Verfahrens. Für
die Schichtdeposition können ferner alternativ oder kumulativ
weitere Abscheidungsverfahren wie Sputtern und andere Varianten physikalischer
oder chemischer Abscheidung aus der Gasphase oder dergleichen verwendet
werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
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1 bis 6 die
schrittweise Herstellung einer Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform mit in einem Schritt beidseitig abgeschiedener
Pufferschicht;
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7 eine
Ausführungsform der Solarzelle mit einseitig aufgebrachter
Pufferschicht; und
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8 eine
weitere Ausführungsform der Solarzelle, mit einer beidseitig
in zwei getrennten Abscheidungsschritten aufgebrachter Pufferschicht.
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Die 1 bis 6 verdeutlichen
schematisch die unterschiedlichen Stadien bei der Herstellung einer
EWT-Solarzelle.
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Gemäß der 1 wird
zunächst ein Basishalbleiter 1, beispielsweise
aus einem Halbleiterwafer bereitgestellt. Der Basishalbleiter 1 weist
mehrere sich hierdurch erstreckende Durchgangslöcher 2 mit Innenwänden 21 auf,
von denen in der 1 eines sichtbar ist. Das Durchgangsloch 2 erstreckt
sich zwischen einer Basishalbleitervorderseite 11 und einer Basishalbleiterrückseite 13.
Es kann beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt
aufweisen, so dass seine Innenwand 21 zylindermantelförmig
ist.
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Auf
dem Basishalbleiter 1 könnte, wie nachfolgend
noch erläutert, direkt eine Emitterschicht aufgebracht
werden. Um jedoch eine bessere Oberflächenpassivierung
zu erzielen, wird gemäß der 2 auf
dem Basishalbleiter 1 eine Pufferschicht 3 abgeschieden.
Die hier dargestellte Pufferschicht 3 ist in einem Abscheidungsschritt
gleichzeitig auf der Basishalbleitervorderseite 11, der
Basishalbleiterrückseite 13 und den Innenwänden 21 der
Durchgangslöcher 2 abgeschieden worden. Wie nachfolgend
im Zusammenhang mit der Emitterschicht und Bezug nehmend auf die 8 auch
im Zusammenhang mit der Pufferschicht 3 erläutert
wird, kann die Pufferschicht jedoch alternativ vorderseitig und
rückseitig nacheinander abgeschieden werden.
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Anschließend
wird eine Emitterschicht 5 auf der Pufferschicht 3 erzeugt,
indem zunächst eine vorderseitige Emitterschicht 5a,
das heißt eine auf der Basishalbleitervorderseite 11 aufgetragene
Emitterschicht 5 abgeschieden wird. Hierauf folgend wird eine
rückseitige Emitterschicht 5b, das heißt
eine auf der Basishalbleiterrückseite 13 aufgetragene
Emitterschicht 5 abgeschieden.
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Das
Ergebnis nach der Abscheidung der vorderseitigen Emitterschicht 5a ist
in der 3 gezeigt. Es wird hier verdeutlicht, dass auch
die Innenwände 21 der Durchgangslöcher 2 möglichst
vollständig durch die Emitterschicht 5 bedeckt
werden. Abhängig von gewählten Abscheidungsverfahren
und dessen Parametern, kann die Schichtdicke der vorderseitigen
Emitterschicht 5a, anders als dargestellt, entlang der
Basishalbleitervorderseite 11 größer
ausfallen oder entlang der Innenwände 21 graduell
abnehmen.
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Die 4 zeigt
das Ergebnis nach dem rückseitigen Aufbringen der Emitterschicht 5 und
einer rückseitig abgeschiedenen Basisschicht 6.
Die Basisschicht 6 kann hierbei aus einem anderen Material als
die Emitterschicht 5 gebildet sein. Alternativ kann sie
jedoch auch das gleiche Material umfassen. Beispielsweise kann die
rückseitige Emitterschicht 5a aus einem p-leitenden
amorphen Silizium (a-Si:H) gebildet sein, während die Basisschicht 6 aus
n-leitendem a-Si hergestellt ist. Die strukturierte rückseitige
Emitterschicht 5b und die Basisschicht 6 können unter
Zuhilfenahme von Maskierungen nacheinander hergestellt werden.
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Wie
in der 4 angedeutet, überlagern sich die rückseitige
Emitterschicht 5b und die vorderseitige Emitterschicht 5a auf
der Innenwand 21 des Durchgangslochs 2, so dass
sich dort die Schichtdicke auf der Innenwand 21 aus den
dortigen Emitterschichtdicken der Emitterschichten 5a und 5b addieren.
Eine derartige Überlappung einer vorderseitigen Abscheidung
und einen rückseitigen Abscheidung kann bei beidseitig
abgeschiedenen Schichten für die Pufferschicht 3,
für die Emitterschicht 5 und/oder für die
transparente leitfähige Schicht 7 vorgesehen werden.
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Die 5 zeigt
die Solarzelle aus der 4, nachdem eine transparente
leitfähige Schicht 7 vorderseitig abgeschieden
worden ist. Wie vorangehend im Zusammenhang mit der Abscheidung
der Emitterschicht 5 beschrieben, wird auch hier die Innenwand 21 des
Durchgangsloches 2 mit der transparenten leitfähigen
Schicht 7 bedeckt, wie dargestellt vorzugsweise vollständig
und isotrop. Abhängig vom Abscheidungsverfahren und dessen
Parametern kann die Schichtdicke im Bereich der Innenwand, wie vorangehend
ausgeführt, variieren. Auf der Basishalbleitervorderseite 11 kann
die transparente leitfähige Schicht 7 bei entsprechender
Ausgestaltung zugleich als Antireflexionsschicht (ARC) dienen.
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Schließlich
veranschaulicht 6 die Kontaktierung der fertigen
Solarzelle mittels Elektroden 8, welche mittels eines leitfähigen
Kontaktmaterials 9 rückseitig mit der Solarzelle
verbunden werden. Für die Kontaktierung der Basisschicht 6 erstreckt
sich das leitfähige Kontaktmaterial 9 entlang
der Basisschicht 6. Für die Kontaktierung der
Emitterschicht 5 ist es vorteilhaft, wenn das leitfähige
Kontaktmaterial 9 in die Durchgangslöcher 2 eindringt
und die Innenwände 21 – anders als hier
dargestellt – vorzugsweise vollständig bedeckt.
Wenn das leitfähige Kontaktmaterial 9 beispielsweise
in flüssiger Form aufgetragen wird, so kann es entlang
der Innenwände 21 der Durchgangslöcher 2 fließen
und diese benetzen.
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Bei
den Elektroden 8 kann es sich beispielsweise um Metalldrähte
handeln, zum Beispiel aus verzinntem Kupfer, welche in parallel
zueinander verlaufenden Bahnen angeordnet und gegebenenfalls mit
leitfähigem Kontaktmaterial 9 bedeckt sind. Diese Drahtanordnung
wird zu Kontaktierung rückseitig auf die Solarzelle gelegt.
Alternativ kann es sich bei den Elektroden 8 um eine mittels
Strukturierung einer Metallfolie oder mittels Siebdruck erzeugte,
auf einer Polymerfolie angeordnete Elektrodenstruktur handeln, die
rückseitig auf die Solarzelle gelegt wird. Ebenso ist denkbar,
dass die Elektroden in Metalldrahtform als vorkonfektionierte Elektrodenstruktur
auf einer Folie oder einer Platte fixiert sind.
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In
jedem Fall werden die Elektroden 8 vorzugsweise durch das
leitfähige Kontaktmaterial 9 an der Solarzelle
gehalten. Bei dem leitfähigen Kontaktmaterial 9 handelt
es sich vorzugsweise um ein leitfähiges Haft- oder Klebemittel,
dass beispielsweise mittels Inkjet-Verfahren aufgetragen ist.
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Eine
Ausführungsform einer Solarzelle mit einem etwas anderen
Schichtaufbau, als in der 6 dargestellt,
ist in der 7 abgebildet. Hier wurde die Pufferschicht 3 nur
vorderseitig aufgebracht. Der Emitter besteht aus einer beidseitig
abgeschiedenen Emitterschicht 5, welche auf der Basishalbleiterrückseite 13 derart
strukturiert ist, dass sie auf Bereiche um die Durchgangslöcher 2 begrenzt
ist.
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Anders
als die in der 6 dargestellte Ausführungsform,
umfasst die transparente leitfähige Schicht 7 der
Solarzelle in der 7 eine vorderseitig deponierte
transparente leitfähige Schicht 7a und eine rückseitig
deponierte transparente leitfähige Schicht 7b,
die sich in dem Durchgangsloch 2 überlagern, so
dass die Innenwände 21 dicker bedeckt sind. Zudem
bedeckt die transparente leitfähige Schicht auch die Basisschicht 6.
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Schließlich
zeigt die 8 eine Ausführungsform
einer Solarzelle, bei der die Pufferschicht 3 aus einer
vorderseitigen Pufferschicht 3a und einer rückseitigen
Pufferschicht 3b zusammengesetzt ist, die sich in den Durchgangslöchern 2 überlagern Demgegenüber
sind sowohl die Emitterschicht 5 als auch die transparente
leitfähige Schicht 7 in einem Verfahrensschritt
beidseitig abgeschiedenen worden. Die Abscheidung erfolgte entweder
unter Verwendung von Maskierungen, oder es wurden durch einen anschließenden
Strukturierungsschritt die Emitterschicht 5 und die transparente
leitfähige Schicht 7 auf der Basishalbleiterrückseite 13 strukturiert.
Wie vorangehend erläuterten, können die Pufferschicht 3, die
Emitterschicht 5 und die transparente leitfähige Schicht 7 unabhängig
voneinander einseitig oder beidseitig auf dem Basishalbleiter 1 aufgebracht sein,
im letzteren Fall jeweils entweder in einem oder in zwei Abscheidungsschritten.
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Sowohl
hier als auch bei der Ausführungsform der Solarzelle gemäß der 7 können
die Elektroden 8 entsprechend den vorangehend in Zusammenhang
mit der 6 beschriebenen Verfahren gebildet
und mit der Solarzelle verbunden werden.
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In
den 6 bis 8 wird ist ein Übergangsbereich 56 zwischen
der (rückseitigen) Emitterschicht 5b, 5 und
der Basisschicht 6 erkennbar. Während in den 6 und 8 der Übergangsbereich 56 durch
eine durchgehende (rückseitige) Pufferschicht 3b, 3 gekennzeichnet
ist, ist die Basishalbleiterrückseite 13 in dem Übergangsbereich 56 in
der Ausführungsform gemäß der 7 freigelegt.
Es können alternativ hierzu auch weitere Ausführungsformen
für den Übergangsbereich 56 vorteilhaft
sein.
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Einige
vorteilhafte Ausführungsformen für den Übergangsbereich
56 sind
in
EP 1 519 422 A2 beschrieben.
Beispielsweise kann die Pufferschicht
6 in dem Übergangsbereich
56 unterbrochen
sein, so dass der Emitterschicht
5 und der Basisschicht
6 jeweils
ein eigener Pufferschichtabschnitt (nicht dargestellt) zugeordnet
ist. Sowohl hier als auch in den Fällen gemäß den
6 bis
8 kann
im Übergangsbereich
56 auf dem Basishalbleiter
1 oder
auf der Pufferschicht
3 eine Schutzschicht (nicht dargestellt) aufgebracht
sein, beispielsweise eine Lackschicht. Es kann auch vorgesehen sein,
dass im Übergangsbereich
56 die Pufferschicht
3 mit
einer Stirnkante auf eine Stirnkante der Emitterschicht
5 oder
der Basisschicht
6 trifft, wie dies als dritte Ausführungsform
in
EP 1 519 422 A2 anhand
der dortigen
4 veranschaulicht ist.
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- 1
- Basishalbleiter
- 11
- Basishalbleitervorderseite
- 13
- Basishalbleiterrückseite
- 2
- Durchgangsloch
- 21
- Durchgangsloch-Innenwände
- 3
- Pufferschicht
- 3a
- vorderseitige
Pufferschicht
- 3b
- rückseitige
Pufferschicht
- 5
- Emitterschicht,
- 5a
- vorderseitige
Emitterschicht
- 5b
- rückseitige
Emitterschicht
- 56
- Übergangsbereich
- 6
- Basisschicht
- 7
- transparente
leitfähige Schicht
- 7a
- transparente
leitfähige Schicht, vorderseitig deponiert
- 7b
- transparente
leitfähige Schicht, rückseitig deponiert
- 8
- Elektrode
- 9
- leitfähiges
Kontaktmaterial
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1519422
A2 [0058, 0058]