DE102009008786A1 - Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzelle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus (a) einem n-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, mit einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten n+-Bereich, Front Surface Field, und einem in der zweiten Hauptoberfläche durch Dotierung mit Aluminium ausgebildeten p+-Emitter, oder (b) einem p-dotierten Substrat, insbesondere Silizium, mit einem auf der ersten Hauptseite ausgebildeten n+-Emitter und einem in der zweiten Hauptfläche durch Dotierung mit Aluminium ausgebildeten p+-Bereich, d.h. einem Back Surface Field, wobei jeweils die Dotierung mit Aluminium durch Diffusion des Aluminiums aus einer auf die zweite Hauptoberfläche aufgebrachten aluminiumhaltigen Quellschicht ausgeführt wird derart, dass das Al-Konzentrationsprofil von der zweiten Hauptoberfläche ausgehend in das Halbleitersubstrat hinein im Wesentlichen einen Verlauf hat, bei dem die höchste Al-Konzentration an der oder unmittelbar benachbart zur zweiten Hauptoberfläche vorliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem n-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende Hauptoberfläche hat, mit einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten n+-Bereich, Front Surface Field, und einem in der zweiten Hauptoberfläche durch Dotierung mit Aluminium ausgebildeten p+-Emitter. Sie betrifft weiterhin eine Solarzelle aus einem p-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, mit einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten n+-Emitterbereich und einem in der zweiten Hauptoberfläche durch Dotierung mit Aluminium hergestelltem p+-Bereich, Back Surface Field.
  • Silizium-Solarzellen mit p-Basis und einer vorderseitig diffundierten n+-Emitterschicht werden seit vielen Jahren auf der Rückseite mit einer ganzflächigen Metallisierung des rückseitigen Basisbereichs zur Verspiegelung und zur elektronischen Passivierung mittels Bandverbiegung (Back Surface Field, BSF) versehen.
  • Die Rückseitenmetallisierung besteht in der Regel aus großflächig aufgedruckter Aluminium-basierter Dickschichtpaste, die sich beim Sintern oberhalb von 800°C durch Bildung eines niederschmelzenden (577°C) AlSi-Eutektikums und Rekristallisation von Al-dotiertem Silizium an die Halbleiteroberfläche anlegiert und dabei durch Überkompensation die p+-Dotierung erzeugt. Dieses Aluminium-Dotierprofil wirkt als Back Surface Field, aber an der direkt auf der Oberfläche verbleibenden Metallfläche, die als (wenn auch mäßig effektiver) Spiegel für die langwelligen Lichtanteile wirkt, lässt sich keine hinreichend kleine Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit erreichen, weil sie sich nicht passivieren lässt.
  • Bereits vor vielen Jahren wurden daher die Passivierung des Rückseiten-BSF mit lokalen Kontakten, die sog. PERC-Struktur (Passivated Emitter and Rear (local) Contacts), vorgeschlagen, vgl. A. W. Blakers et al., Appl. Phys. Lett., 55 (1989), p. 1363–1365; G. Agostinelli et al., 20th European Photovoltaic Solar Energy Confernece (2005), Barcelona, p. 647; P. Choulat et al, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Confernece (2007), Milano. Dazu wird die Rückseite z. B. durch Bor-Diffusion mit einem BSF versehen, mit einer geeigneten isolierenden Passivierschicht beschichtet und nach Öffnung kleiner Durchbrüche mit Dünnschicht-Aluminium anstatt mit Dickschicht-Aluminium beschichtet.
  • Abwandlungen in Form von COSIMA-Kontakten (COSIMA = contact formation to a-Si:H passivated wafers by means of annealing) – vgl. M. Schaper, J. Schmidt, H. Plagesitz, R. Brendel, 20.1%-efficient crystalline silicon solar cell with amorphous silicon rear-surface passivation, Progress in Photovoltaics: Research and Apllications, 13, 5 (2005), p. 381 – oder LFC-Kontakten (Laser Fired Contacts) – vgl. E. Schneiderlöchner et al, Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 10, (2002), S. 29 – wurden entwickelt, um die Qualität und die Herstellung der lokalen Kontakte zu vereinfachen und zu verbessern.
  • Zur Verbesserung der Blauempfindlichkeit des vorderseitigen Emitters wurden verschiedene Methoden für die Herstellung eines „selektiven Emitters”, d. h. einer tiefe Dotierung unter den Kontaktfingern und eine flache Dotierung im Zwischenfingergebiet, entwickelt:
    • a) zwei Diffusionen, die tiefe Diffusion erfolgt durch eine strukturierte Maske, die flache Diffusion ganzflächig.
    • b) transparenter Emitter: flache Diffusion, Aufoxidieren des Emitters und Strukturierung des Oxids vor einer 2. Diffusion, vgl. R. E. Schlosser, K. A. Münzer, A. Froitzheim, R. Tölle, M. G. Winstel, Manufacturing of Transparent Selective Emitter and Boron Back-Surface-Field Solar Cells using Screen Printing Technique, 21st Eupvsec, Dresden, 2006, 1119;
    • c) Diffusion aus gedruckten Dotierpasten, vgl. J. Horzel, et. al., Optimsation results for an industrially applicable selective emitter process, WCPEC 2, Vienna, 1998, 1483;
    • d) Rückätzen des Zwischenfingerbereichs nach Abdecken der Fingerpositionen mit einer ätzfesten Schicht;
    • e) Lasereintreiben aus dem Phosphorglas, vgl. C. Carlsson, A. Esturo-Bretón, M. Ametowobla, J. R. Köhler, J. H. Werner, Laser Doping for Selective Silicon Solar Cell Emitter, 21st Eupvsec, Dresden, 2006, 938;
    • f) Diffusion durch eine strukturierte semitransparente Maskierschicht.
  • Hocheffizienzzellen lassen sich vorteilhafter auf n-Material als auf p-Material herstellen, weil dort aufgrund geringerer Einfangquerschnitte der Fremdatome für die Minoritätsladungsträger (hier: der Löcher) ihre Lebensdauer so viel länger ist, dass sich eine höhere Diffusionslänge ergibt, obwohl ihre Beweglichkeit nur etwa ein Drittel der Minoritätsladungsträger in p-Material (dort: der Elektronen) ist; vgl. D. Macdonald, L. J. Geerligs, Appl. Phys. Lett., 85 (2004), p. 4061. Zudem gibt es in n-Material keine lichtinduzierte Degradation durch Rekombination an Bor-Sauerstoff-Komplexen, wie sie in p-Material zu beobachten ist. Die bisher veröffentlichen Hocheffizienzzellen sind daher ausnahmslos auf n-Basis-Material hergestellt worden.
  • Unter anderem vom Fraunhofer ISE in Freiburg wurde eine Zelle auf n-Material mit einem vollflächigen legierten Aluminium-Rückseitenemitter vorgeschlagen (C. Schmiga et al, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden, 2006, S. 617; H. Nagel et al, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden, 2006, S. 1128; V. D. Mihailetschi et. al., Proceedings of the 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Mailand, 2007, S. 837), die in ihrer Struktur und Herstellungsweise der Standardzelle auf p-Material entspricht. Die Rekristallisation des flüssigen AlSi-Eutektikums führt aber in n-Material zu einem p+-Emitterprofil anstatt zu einem BSF.
  • In einer neueren Version wird der Emitter nach Abätzen der siebgedruckten Al-Schicht und der wieder erstarrten AlSi-Eutektikumsschicht mit einer großflächigen Passivierung aus a-Si:H/SiO oder Al2O3/SiOx beschichtet. Im abschließenden Schritt wird dann diese Passivierschicht, fotolithografisch maskiert, durch Plasmaätzen bzw. HF-Dip geöffnet und durch Aufdampfen von Dünnschicht-Aluminium kontaktiert. In Verbindung mit einer optimalen, aber nicht wirtschaftlich zu realisierenden „Hocheffizienzvorderseite” (invertierte Pyramiden und aufgedampfte und mit fotolithografischer Lift-off-Technik strukturierte TiPdAg-Schichten) konnten Wirkungsgrade über 19% erreicht werden; vgl. C. Schmiga et al., 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia 2008.
  • Rückseitenemitter-Rückseitenkontakt-Solarzellen, das sind vornehmlich Interdigitated Back Contact Zellen (IBC) mit p+-Emitter in n-Material, wie die A300-Zelle von SunPower (W. P. Mulligan, D. H. Rose, M. J. Cudzinovic, D. M. DeCeuster, K. R. McIntosh, D. D. Smith, R. M. Swanson, Manufacture of Solar Cells with 21% Efficiency, Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris 2004), zeichnen sich dadurch aus, dass die Emitter- und die BSF- bzw. Basisbereiche auf der Zellenrückseite durch zwei ineinander greifende metallische Gabelstrukturen kontaktiert werden, die beide jeweils eigene, linear angeordnete lokale, d. h. durch die Passivierschicht gebohrte Kontaktpunkte untereinander verbinden; vgl. R. J. Schwartz, Review of Silicon Solar Cells for High Concentrations, Solar Cells, 6, (1982), Seite 17–38; Martin A. Green, Silicon Solar Cells – Advanced Principles and Practice, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, University of New South Wales, Sidney, Australia, 1995, S. 255ff. Ähnliche Zellen sind auch aus D. Huljic et al, Development of a 21% Back-Contact Monocrystalline Silicon Solar Cell for Large-Scale Production, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden, 2006, S. 765 und DE 696 31 815 T2 bekannt.
  • Für die bekannten Konzepte erscheinen die nachfolgenden Probleme bzw. Nachteile als erwähnenswert.
  • Eine aufgedruckte Aluminiumschicht, die als Diffusionsquelle, Metallkontakt und Lichtspiegel wirkt, verbleibt bei den oben erläuterten Zelltypen auf der Rückseite der Solarzelle. Dadurch ergeben sich folgende Nachteile:
    • a) Die Rekombinationsgeschwindigkeit an der metallischen Oberfläche ist naturgemäß sehr groß (ca. 106 cm/s) und kann nicht durch Passivierung verringert werden;
    • b) die Aluminiumschicht muss im Bereich der Busbars unterbrochen werden, weil die lötfähige silberhaltige Dickschichtpaste nicht auf dem Aluminium haftet; dadurch fehlt unter den Busbars das BSF, und damit wird die offene Klemmspannung reduziert;
    • c) der Reflexionsfaktor der Aluminium-Dickschichtmetallisierung beträgt nur ca. 70%, und daher ist die Interne Quanteneffizienz (IQE) im nahen Infrarot niedrig.
  • Die Einführung der PERC-Struktur verbessert zwar die Passivierung der p+-Schicht (verringert die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) und erhöht das Reflexionsvermögen (> 90%). Die Verwendung der aufgedruckten Aluminiumschicht als „Precursor” für die Herstellung des BSF in p-Material bzw. des Emitters in n-Material hat jedoch folgende Nachteile:
    Das Sintern der Aluminiumpaste führt zu einer AlSi-Schmelzschicht, aus der beim Abkühlen eine mit Aluminium hochdotierte Siliziumschicht rekristallisiert. Die Rekristallisation findet von der Waferoberfläche her nach außen statt und führt zu einem Al-Dotierprofil, dessen höchster Wert einige μm unterhalb der Oberfläche liegt. Daraus resultiert eine Feldverteilung, die die in diesem Bereich der Zelle generierten Ladungsträger in die „falsche” Richtung führt. Außerdem ist die Oberflächenkonzentration des Al ist an der Oberfläche ca. 1 Zehnerpotenz unterhalb der Löslichkeitsgrenze von Al in Si von ca. 1·1019 cm–3. Damit ist die Kontaktierung des Metalls auf dem Emitter schwierig, denn für ohmsche Kontakte werden > 1019 cm–3 benötigt.
  • Darüber hinaus ist die Entfernung der Al-Quellschicht und des entstandenen AlSi-Eutektikums im Anschluss an die Diffusionssinterung sehr aufwändig, denn die siebgedruckte Quellschicht ist unnötig dick, verschmutzt also schnell die Ätzbäder und hinterlässt nach dem Abätzen eine unebene Emitteroberfläche mit vielen Grübchen. Abschließend muss dann die Oberfläche noch einmal mit KOH angeätzt werden, um alle Aluminiumreste aus der rauen Oberfläche zu entfernen; vgl. C. Schmiga et al, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden, 2006, S. 617.
  • Die bisherigen Rückseitenemitter-Rückseitenkontakt-Solarzellen haben den Nachteil, dass für die IBC-Struktur sehr große Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger nötig sind, damit sie nicht nur von oben nach unten durch die Wafer, sondern vor allem seitlich im Wafer bis zum jeweiligen „richtigen” Kontakt diffundieren können, bevor sie rekombinieren.
  • Um die hohe Lebensdauer zu sichern, werden für IBC-Zellen n-Wafer mit hohem Basiswiderstand (5–10 Ωcm) verwendet. Damit wird aber auch der Querwiderstand höher und erzwingt einen sehr kleinen Pitch (bis hinunter zu ca. 1000 μm) und damit sehr schmale und hochohmige Finger, die zu einem hohen Serienwiderstand führen;
  • Bei der Zucht eines langen Einkristalls aus n-Material wird aufgrund der Segregation von Dotierelementen und der Fremdatome ein großer Widerstandsbereich zwischen „top” (10 Ωcm) und „tail” (2 Ωcm) erzeugt. Wenn nur der hochohmige Teil des Kristalls für die IBC-Hocheffizienzzellen verwendet werden kann (s. a), wäre ein großer Anteil (> 50%) nicht nutzbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der oben genannten Art und eine insoweit weiter entwickelte Solarzelle anzugeben, die eine besonders wirtschaftliche Verfahrensführung und somit kostengünstige Herstellung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2 und in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 10 oder 11 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird, jedenfalls in bevorzugten Ausgestaltungen,
    • a) für beidseitig kontaktierte Standardzellen auf p-Material eine optisch und elektrisch verbesserte Rückseite mit p+-BSF ermöglicht;
    • b) für Hocheffizienzzellen auf n-Material ein beidseitig kontaktiertes Zellkonzept möglich gemacht, für den auch der niederohmige Teil des n-Kristalls (z. B. 2–5 Ohm·cm) eingesetzt werden kann, weil dann die Ladungsträger nur vertikal durch den Kristall (Waferdicke < 200 μm) diffundieren müssen, um zum pn-Übergang zu gelangen;
    • c) für beide Strukturen (a) und (b) die Passivierung der Rückseite mit lokaler Kontaktierung (PERC) ermöglicht; und
    • d) für beide Strukturen (a) und (b) lötfähige Kontaktflächen auf der Rückseite möglich gemacht, ohne das BSF unter diesen Flächen unterbrechen zu müssen.
  • Ein Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, dass für die Ausbildung des Aluminium-Diffusionsprofils in Silizium erstmals nicht die Rekristallisation aus flüssigem Aluminium-Silizium-Eutektikum verwendet wird, sondern die Diffusion von Aluminium aus einer aluminiumhaltigen Quellschicht oder Quellschichtfolge auf der Waferoberfläche, die nicht schmilzt und die durch eine geeignete Abdeckschicht von der Außenatmosphäre abgeschirmt wird, so dass das Aluminium nur in den Wafer hinein diffundieren kann und nicht an der Oberfläche zur Luft durch Oxidation verloren geht.
  • Der erfindungsgemäß durch reine Aluminium-Diffusion hergestellte p+-Schicht für eine Rückseitensolarzelle erfüllt in alle Erfordernisse an eine homogene großflächige p+-Dotierung, sowohl als Emitter in n-Silizium als auch als BSF in p-Silizium.
  • Die Siliziumwaferoberfläche schmilzt nicht durch Kontakt mit metallischem Aluminium bei Temperaturen oberhalb der Al-Si-Eutektikumstemperatur von 577°C unter Bildung eines Aluminium-Silizium-Eutektikums auf, so dass nicht, wie beim Stand der Technik, nach Abkühlung unter diese Eutektikumstemperatur das Silizium wieder von innen nach außen rekristallisiert, wodurch die Aluminium-Konzentration von der fest gebliebenen Oberfläche des Siliziums innerhalb des Kristalls aus zur Oberfläche des Wafers hin abfallen würde;
  • Stattdessen erreicht die Al-Oberflächenkonzentration durch die mittels der erfindungsgemäßen Quellschicht oder Quellschichtfolge und Abdeckschicht hervorgerufene eindimensionale Diffusion fast die Löslichkeitsgrenze von 1·1019 cm–3 und fällt dann gemäß der theoretischen „Error Function” in das Innere des Wafers ab. Damit sind bei hinreichend guter Passivierung der Vorderseite und der Rückseite offene Klemmspannungen von > 700 mV möglich.
  • Die gute Abdeckung des Aluminiumquellschichtsystems auf der Rückseite erlaubt es,
    • (a) die Vorderseite allein zu texturieren, und
    • (b) nach der Hochtemperaturdiffusion des Aluminium im gleichen Temperaturprozess auch die Phosphordiffusion auf der freiliegenden Vorderseite, quasi während der Abkühlphase, durchzuführen.
  • Der erfindungsgemäße Prozess wird beispielhaft für den Fall des p+-Emitters in n-Material anhand der schematischen Darstellungen in den 1 bis 17 beschrieben. Für die Herstellung eines p+-BSF in p-Material sind die Prozessschritte analog. Die Darstellungen sind in Form von schematischen Querschnittsdarstellungen oder Untersichten (Draufsichten auf die zweite Hauptoberfläche) gegeben und aufgrund ihrer Beschriftung in Wesentlichen selbsterklärend, so dass die nachfolgende skizzenhafte Beschreibung als Ergänzung und Kommentierung der Figuren zu verstehen ist.
  • Ausgangsmaterial ist ein n-dotierter Silizium-Wafer mit vollquadratischer, pseudoquadratischer oder auch Kreisform, der im ersten Prozessschritt einer standardmäßigen Sägeschadenätzung ohne Texturierung unterzogen wird (1).
  • Im zweiten Schritt wird die Rückseite durch Aufdampfen oder Sputtern mit der aluminiumhaltigen Quellschicht oder Quellschichtfolge beschichtet (2). Unmittelbar anschließend wird sie mit einer für Al-Diffusion und P-Diffusion undurchlässigen Schichtfolge versiegelt, die mit einer nicht in KOH ätzbaren Schicht abschließt (dritter Schritt, 3).
  • Im vierten Schritt kann die Vorderseite basisch, z. B. mit KOH + IPA, texturiert werden, ohne dass die Rückseite davon angegriffen wird. Die Rückseite wird sofort nach der Texturierung der Vorderseite mithilfe einer Säure von der obersten (KOH-festen) Schicht der Siegelschichtfolge befreit (4)
  • Anschließend erfolgt im fünften Schritt in einem Ofen mit Inertgasatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 1000°C die erfindungsgemäße Diffusion des Aluminiums in die Oberfläche des Siliziumwafers hinein, so dass sich ein Aluminium-Tiefenprofil mit dem prinzipiellen Verlauf einer Error Function ausbildet (5).
  • Im sechsten Schritt erfolgt die Phosphordiffusion der Vorderseite, indem gemäß dem Stand der Technik bei Temperaturen zwischen 800°C und 900°C POCl3 in den Ofenraum eingelassen wird, so dass sich Phosphorsilikatglas bildet, aus dem der Phosphor in die Siliziumoberfläche eindiffundiert (6). Besonders vorteilhaft ist die Variante, in der die beiden Diffusionsschritte 5 und 6 im selben Ofen in einem zweistufigen Temperaturprofil durchgeführt werden.
  • Im siebten Schritt wird die Vorderseite des Wafers wieder freigelegt, d. h. das PSG der Vorderseite wird selektiv abgeätzt (7).
  • Zur Ausbildung einer selektiven Phosphordotierung auf der Vorderseite wird im achten Schritt eine Positivmaske aus ätzfestem Material in der Form des späteren Finger- und Busbarmusters vorzugsweise mit Inkjet-Verfahren abgeschieden (8).
  • Danach erfolgt im vorliegenden beispielhaften Prozess als neunter Schritt die kontrollierte Rückätzung des Phosphorprofils in den freigelassenen Bereichen zwischen den Maskenstreifen auf der Vorderseite, so dass die Dotiertiefe in den großen Flächen zwischen den Fingern geringer ist (bzw. der Flächenwiderstand höher ist, z. B. 80–100 Ohm/sq.) als unter den Fingern und Busbars (Flächenwiderstand z. B. 20–40 Ohm/sq.) (9). Es gibt aber auch noch andere Prozessfolgen für die Erzeugung des vorderseitigen selektiven Phosphorprofils.
  • Im zehnten Schritt wird die Maskenschicht gestrippt (10) und anschließend wird im elften Schritt die Vorderseite gemäß dem Stand der Technik mit der optimalen Passivier- und Antireflexschicht bedeckt (11).
  • Erst dann werden im zwölften Schritt die Abdeckschicht und die Al-haltige Quellschicht oder Quellschichtfolge auf der Rückseite abgeätzt (12).
  • Im dreizehnten Schritt wird die Vorderseitenpaste, vorzugsweise die standardmäßige Silberpaste, gedruckt, getrocknet und gesintert (13).
  • Nach einem kurzen HF-Dip wird im vierzehnten Schritt die Rückseite mittels PECVD, reaktives Sputtern oder Atomic Layer Deposition (ALD) mit der für p+-Oberflächen optimierten Passivierschicht bedeckt (14).
  • Im fünfzehnten Schritt wird diese Passivierschicht anschließend an den Positionen der lokalen Kontakte und der Busbars durch nasschemische Ätzung (vorzugsweise durch Ätzpastendruck und Abspülen der Pastenreste) oder Trockenätzung (Plasmaätzung, Reactive Ion Etching) oder Laserablation geöffnet (15).
  • Dann wird im vorletzten, sechzehnten Schritt die gesamte Rückseite mit aluminiumhaltiger Dünnschichtmetallisierung versehen (16), auf die im letzten, dem siebzehnten Schritt eine silberhaltige Dickschichtstruktur gedruckt wird, die die Lötflächen und optional die einzelnen lokalen Kontaktflächen bedeckt (17). Diese Paste wird als Niedertemperaturpaste ausgewählt, die bei Temperaturen unterhalb 600°C vollständig aussintert, weil Temperaturen von > 600°C für die freiliegende Aluminium-haltige Rückseitenmetallisierung schädlich wäre. Andererseits bildet sich bei 566°C ein Aluminium-Silber-Eutektikum, das eine optimale Verbindung der Dickschicht mit der Dünnschicht herstellt. Die Geometrie der Silberschicht auf der Al-Metallisierung ist frei wählbar. Sie kann durchgehende Busbars erzeugen oder kurze Abschnitte einer Silberbahn herstellen, auf die die Verbindungselemente bei der Modulintegration punktuell aufgelötet werden.
  • In einer anderen Variante des Prozesses könnte für die beiden Siebdruckschritte (Vorderseite, 13, und Rückseite, 17) die gleiche Paste unmittelbar nach einander auf Vorderseite und auf die Rückseite gedruckt und getrocknet werden, so dass sie im Co-Firing, wie im heutigen Standardprozess, gesintert werden könnte. In diesem Fall müsste auch auf der Vorderseite die Niedertemperaturpaste (< 600°C) verwendet werden, die dann durch die Vorderseitenpassivierung durchfeuern und die Vorderseite hinreichend gut kontaktieren können müsste.
  • Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.
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Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem n-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, mit einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten n+-Bereich, Front Surface Field, und einem in der zweiten Hauptoberfläche durch Dotierung mit Aluminium ausgebildeten p+-Emitter, wobei die Dotierung mit Aluminium durch Diffusion des Aluminiums aus einer auf die zweite Hauptoberfläche aufgebrachten aluminiumhaltigen Quellschicht ausgeführt wird derart, dass das Al-Konzentrationsprofil von der zweiten Hauptoberfläche ausgehend in das Halbleitersubstrat hinein im Wesentlichen einen Verlauf hat, bei dem die höchste Al-Konzentration an der oder unmittelbar benachbart zur zweiten Hauptoberfläche vorliegt.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem p-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, mit einem in der ersten Hauptoberfläche ausgebildeten n+-Emitterbereich und einem in der zweiten Hauptoberfläche durch Dotierung mit Aluminium hergestelltem p+-Bereich, Back Surface Field, wobei die Dotierung mit Aluminium durch Diffusion des Aluminiums aus einer auf die zweite Hauptoberfläche aufgebrachten aluminiumhaltigen Quellschicht ausgeführt wird derart, dass das Al-Konzentrationsprofil von der zweiten Hauptoberfläche ausgehend in das Halbleitersubstrat hinein im Wesentlichen einen Verlauf hat, bei dem die höchste Al-Konzentration an der oder unmittelbar benachbart zur zweiten Hauptoberfläche vorliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf der ersten Hauptoberfläche eine dielektrische Passivierschicht und/oder Antireflexschicht abgeschieden und sie durch Aufbringen, insbesondere Siebdruck oder Tintenstrahl- oder Aerosoldruck, einer fingerartigen Kontaktstruktur mit anschließender chemischer oder galvanischer Verstärkung zu einer Solarzellenvorderseite ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der oder jeder n+-Bereich bzw. der n+-Emitter durch Eindiffusion von Phosphor aus einer Precursorschicht oder aus einer POCl3-Gasphase gebildet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Quellschicht oder eine Folge von Quellschichten durch, gegebenenfalls sequentiell ausgeführte, Vakuum- bzw. Gasphasen-Abscheidung, insbesondere Aufdampfen oder Sputtern, ohne zwischenzeitliche Unterbrechung der Vakuum- bzw. Gasphasen-Atmosphäre erzeugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Abdeckschicht der Quellschicht oder letzten Quellschicht im gleichen Vakuum- bzw. Gasphasen-Prozess wie die Quellschicht ohne Unterbrechung der Vakuum- bzw. Gasphasen-Atmosphäre erzeugt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptoberfläche in einem weiteren Vakuum- bzw. Gasphasen-Abscheidungsprozess großflächig mit einer dünnen Metallschicht bedeckt wird, nachdem die oder jede Al-haltige Quellschicht und eine gegebenenfalls vorhandene Abdeckschicht oder Abdeckschichtfolge abgeätzt wurden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei vor dem Abscheiden der dünnen Metallschicht eine dielektrische Passivierschicht abgeschieden und vor dem Abscheiden der Metallschicht lokal mit Öffnungen versehen wird, durch die hindurch beim anschließenden Abscheiden der Metallschicht die zweite Hauptoberfläche lokal kontaktiert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die n+-Dotierung der ersten Hauptoberfläche in einer Abkühlphase des Schrittes der p+-Dotierung der zweiten Hauptoberfläche ausgeführt wird.
  10. Solarzelle mit einem n-dotierten Halbleitersubstrat insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, einem in der ersten Hauptoberfläche vorgesehen n+-Bereich, Front Surface Field, und einem in der zweiten Hauptoberfläche vorgesehenen p+-Emitterbereich, wobei der p+-Emitterbereich derart Al-dotiert ist, dass das Al-Konzentrationsprofil von der zweiten Hauptoberfläche ausgehend in das Halbleitersubstrat hinein im Wesentlichen einen Verlauf hat, bei dem die höchste Al-Konzentration an der oder unmittelbar benachbart zur zweiten Hauptoberfläche vorliegt.
  11. Solarzelle mit einem p-dotierten Halbleitersubstrat, insbesondere aus Silizium, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche hat, einem in der ersten Hauptoberfläche vorgesehenen n+-Emitterbereich und einem in der zweiten Hauptoberfläche vorgesehenen p+-Bereich, Back Surface Field, wobei der p+-Bereich derart Al-dotiert ist, dass das Al-Konzentrationsprofil von der zweiten Hauptoberfläche ausgehend in das Halbleitersubstrat hinein im Wesentlichen einen Verlauf hat, bei dem die höchste Al-Konzentration an der oder unmittelbar benachbart zur zweiten Hauptoberfläche vorliegt.
  12. Solarzelle nach Anspruch 10 oder 11, wobei auf der ersten Hauptoberfläche eine Passivierschicht und/oder Antireflexschicht und eine fingerartige, insbesondere silberhaltige, Kontaktstruktur zur Kontaktierung der ggf. selektiv tiefer dotierten n+-Bereiche und auf der zweiten Hauptoberfläche eine großflächige Metall-Dünnschicht zur Kontaktierung der p+-Bereiche vorgesehen sind.
  13. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei die Metall-Dünnschicht auf der zweiten Hauptfläche überwiegend aus Aluminium besteht.
  14. Solarzelle nach Anspruch 12 oder 13, wobei zwischen der zweiten Hauptoberfläche und der Metall-Dünnschicht eine dielektrische Passivierungsschicht vorgesehen ist, welche Ausnehmungen aufweist, durch die die Metall-Dünnschicht die zweite Hauptoberfläche zum elektrischen Anschluss der p+-Bereiche kontaktiert.
  15. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche lötfähige Busbars oder Busbar-Abschnitte aus einer vorwiegend silberhaltigen Paste aufweist, die auf die Aluminium-Dünnschicht gedruckt wird und bei Temperaturen unterhalb von 600°C gesintert wird.
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