DE102009015764A1 - Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen mit spezieller Struktur für einen lichtabgewandten rückseitigen, passivierten p-Emitter und räumlich getrennten n-(BSF)-Bereichen sowie vorderseitigem n-Profil. Erfindungsgemäß wird auf der Rückseite des Siliziumwafers eine Aluminium- oder aluminiumhaltige Dünnschicht aufgebracht und anschließend eine Strukturierung der Dünnschicht zum Erhalt lokaler Ausnehmungen vorgenommen. Weiterhin wird die so erhaltene Struktur mit einem Dielektrikum versehen, welches darauffolgend mittels Maskierung lokal entfernt wird, wobei die Maskierung im Ausnehmungsbereich so erfolgt, dass bei der anschließenden Phosphordotierung ein Kontakt zwischen Emitter- und BSF-Dotanden ausgeschlossen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen mit spezieller Struktur für einen lichtabgewandten rückseitigen, passivierten p+-Emitter und räumlich getrennten n+-(BSF)Bereichen sowie vorderseitigem n+-Profil gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine nach einem solchen Verfahren hergestellte Rückseitenkontakt-Silizium-Solarzelle.
  • Rückseitenkontakt-Solarzellen auf monokristallinen n-Silizium-Wafern werden seit vielen Jahren von verschiedenen Solarzellen-Herstellern entwickelt und sind zum Teil bereits auf dem Markt erhältlich.
  • Die erforderliche elektrische Trennung von nebeneinander liegenden n-dotierten und p-dotieren Halbleiterbereichen auf derselben Oberfläche ist grundsätzlich auf verschiedene Weise lösbar. So besteht die Möglichkeit, die beiden Bereiche auf eine unterschiedliche Höhe zu legen. Bei der sogenannten RISS-Zelle (vgl. dazu P. Engelhardt, N. P. Harder, T. Neubert, H. Plagwitz, R. Meyer und R. Brendel, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, Dresden, Germany, p. 773–776) werden (a) mittels Laserablation das auf der Rückseitenoberfläche abgeschiedene Siliziumoxid um die als Basiskontakte vorgesehenen Bereiche herum entfernt und (b) in den freigelegten Bereichen mittels nasschemischer Ätzung mit KOH die durch den Laserprozess hevorgerufene Oberflächenschädigung sowie etwa 20 μm des Siliziums abgetragen. Anschließend wird mit dem Standard-POCl3-Prozess die Emitterdotierung dieser tiefer liegenden Bereiche mit Phosphor vorgenommen.
  • Nachdem mit nasschemischer Ätzung die durch den Laserprozess hervorgerufene Oberflächenschädigung sowie etwa 20 μm des Siliziums abgetragen worden sind, wird mit einem Standard-POCl3-Prozess die Emitterdotierung mit Phosphor gleichzeitig in die tiefer gelegenen Bereiche der Rückseite, in die Vorderseite und die Verbindungslöcher zwischen Frontemitter und Rückseitenemitter vorgenommen.
  • Die Metallisierung beider Bereiche erfolgt dann durch einen einzigen Aluminium-Aufdampfschritt, wobei die Kontaktbereiche durch Abriss der dünnen Metallschicht an der erzeugten fast senkrechten Stufenstruktur in der Halbleiteroberfläche elektrisch voneinander getrennt werden.
  • Aus der DE 696 31 815 T2 ist es bekannt, als Leiterbasis für die p-Emitterstruktur ein AlSi-Eutektikum zu verwenden, das nach der Diffusion von Aluminium durch eine vorher eindiffundierte n+-Schicht der Rückseite hindurch in das Silizium oberflächig entsteht. Die dortige Lösung verwendet weiterhin ein Siebdrucken von Aluminiumpaste durch Oxidfenster hindurch über den n-Basisbereichen. Der Nachteil dieser Lösung ist, dass die Aluminiumdotierung und die Kontaktierung des Aluminiumemitters in einem Schritt, d. h. großflächig ausgeführt werden muss, so dass die Fläche des Emitters und die Fläche der Metallkontaktierung identisch sind. Damit ist keine Passivierung des Emitters mit lokalen Kontakten möglich. Die Folge hiervon ist eine große Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit und damit ein relativ niedriger Wirkungsgrad einer derart hergestellten Zelle.
  • Betriebsintern wurde bereits das Abscheiden einer Aluminium- oder aluminiumhaltigen Dünnschicht auf der Rückseite eines n-Siliziumwafers sowie die anschließende Strukturierung dieser Dünnschicht mit Erhalt von Öffnungen im Bereich der späteren Basiskontakte vorgeschlagen. Dieser nicht vorveröffentlichte Lösungsansatz umfasst auch das Eindiffundieren des Aluminiums in den n-Siliziumwafer zur Ausbildung einer strukturierten Emitterschicht. Es wird demnach die Aluminium- oder aluminiumhaltige Schicht strukturiert, bevor sie selbst in den Wafer eindiffundiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des erläuterten Vorschlags erfolgt die Strukturierung der abgeschiedenen Aluminium-Dünnschicht streifenförmig durch selektives Ätzen, wobei Trockenätzverfahren über eine Metallschattenmaske genutzt werden, aber auch der Einsatz einer organischen Maske möglich ist. Die strukturierte Emitterschicht wird in einem weiteren Verfahrensschritt vollflächig mit einer dielektrischen Schutzschicht bedeckt. Weiterhin wir diese Schutzschicht in Bereichen späterer Basisdotierung geöffnet, was wiederum durch Ätzen bzw. mit Hilfe einer Ätzmaske realisiert werden kann.
  • Bei streifenförmigen BSF(Back Surface Field)-Bereichen kann eine hohe Emitterüberdeckung nur mit einer sehr schmalen BSF-Fingerbreite erreicht werden, die schwierig zu realisieren ist, denn es muss ein minimaler lateraler Abstand zum umgebenden Emitterbereich von ca. 75 μm auf beiden Seiten jeden Streifens gewährleistet sein, um nicht zusätzliche Isolationsgräben, z. B. durch Laserbeschuss, herstellen zu müssen. Folglich würde bei einem vorgegebenen Pitch (BSF-BSF-Abstand) von beispielsweise 1 mm, d. h. in einer Symmetriezelle von 1 mm × 1 mm und bei 75 μm breiten basisdotierten Isolationsstreifen auf den beiden Seiten des BSF-Streifens die Herstellung von 80% Emitterüberdeckung eine BSF-Streifenbreite von 50 μm nach sich ziehen, was herstellungsseitig schwer zu realisieren ist. Diesbezüglich sei auf die prinzipiellen Darstellungen gemäß den 1a und 1b verwiesen.
  • Auch die Belegung der BSF-Streifenbereiche mit einem phosphorhaltigen Precursor bedingt beim Hochheizen auf die für Aluminiumdiffusion erforderliche Temperatur von > 1000°C eine simultane und damit nicht unabhängig kontrollierbare Diffusion des Phosphors. Außerdem bedeutet das Aufbringen, Trocknen und die nach der Diffusion erforderliche Entfernung der Pastenreste eine Reihe von zusätzlichen Prozessschritten, die die Komplexität und damit die Kosten des Herstellungsverfahrens erhöhen.
  • Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen mit spezieller Struktur für einen lichtabgewandten rückseitigen, passivierten p+-Emitter und räumlich getrennten n+-(BSF)-Bereichen sowie vorderseitigem n+-Profil anzugeben, welches die Nachteile in der Schilderung des Standes der Technik vermeidet und das eine Struktur für einen Emitter- und die BSF-Bereiche gestattet, welche eine hohe Emitterüberdeckung von > 80% leichter ermöglicht. Erfindungsgemäß gilt es darüber hinaus, eine diesbezügliche Rückseitenkontakt-Silizium-Solarzelle hoher Leistungsausbeute, d. h. mit einem großen Wirkungsgrad, zu realisieren.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren gemäß Definition nach Patentanspruch 1 sowie mit einer Rückseitenkontakt-Silizium-Solarzelle gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 11, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
  • Demnach wird von einem Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen mit spezieller Struktur für einen lichtabgewandten rückseitigen, passivierten p+-Emitter und räumlich getrennten n+-(BSF)-Bereichen sowie vorderseitigem n+-Profil ausgegangen.
  • Erfindungsgemäß wird auf die Rückseite des Siliziumwafers eine Aluminium- oder aluminiumhaltige Dünnschicht aufgebracht. Als Technologie des Aufbringens dieser Schicht ist z. B. ein Aufdampfen, ein Sputtern oder dergleichen Verfahren denkbar.
  • Anschließend erfolgt die Strukturierung der Dünnschicht zum Erhalt lokaler Ausnehmungen für die spätere n+-Dotierung. Für diese Strukturierung wird eine entsprechende Maskierung genutzt.
  • Weiterhin wird die so erhaltene Struktur mit einem Dielektrikum versehen. Das Dielektrikum wird anschließend mittels Maskierung lokal entfernt, wobei die Maskierung im Ausnehmungs- oder Inselbereich derart erfolgt, dass bei der anschließenden Phosphordotierung ein Kontakt zwischen Emitter- und BSF-Dotanden ausgeschlossen ist.
  • Die Maske zur Ausbildung der Ausnehmungen in der Aluminiumschicht weist Öffnungen auf, welche größer als diejenigen der Maske für die Maskierung der Dielektrikumsschicht sind, wobei die Positionierung der jeweiligen Masken im Prozess so vorgenommen wird, dass die erwähnte Inselstruktur erhalten bleibt.
  • Die Ausnehmungen oder Inseln können eine kreisrunde, ovale, quadratische, rechteckige oder vieleckige Flächenform aufweisen.
  • In einem ersten Hochtemperatur-Behandlungsschritt erfolgt eine Al-Diffusion aus der aufgebrachten Aluminium-haltigen Quellschicht oder Quellschichtfolge zur Ausbildung einer p+-Emitterschicht.
  • In einem weiteren Temperatur-Behandlungsschritt, der sich dem ersten Hochtemperatur-Behandlungsschritt anschließt und der vorzugsweise im selben Behandlungsofen ausgeführt wird, wird der Ofen mit einer Phosphorquelle beschickt, um auf der Vorder- und Rückseite des Wafers und dort freiliegenden Bereichen das n+-Dotierungsprofil auszubilden.
  • Der erste Hochtemperatur-Behandlungsschritt findet bei Temperaturen von > 1000°C statt. Der zweite Temperatur-Behandlungsschritt wird in der Abkühlphase, und zwar bei Temperaturen zwischen 800°C und 1000°C ausgeführt.
  • Als Phosphorquelle wird beispielsweise POCl3 eingesetzt.
  • Die Reaktionsprodukte der ausgeführten Diffusionsprozesse werden in an sich bekannter Weise durch Ätzen entfernt.
  • Nach dem Ätzen wird die Wafervorderseite mit einer optisch optimierten Antireflexionsschicht versehen.
  • Die Rückseite des Wafers unterliegt einer Passivierungsbeschichtung, die auf eine minimale Rekombinationsgeschwindigkeit an der Oberfläche des p+-Emitters eingestellt wird.
  • Die erfindungsgemäße Rückseitenkontakt-Silizium-Solarzelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die vom p+-Emitter getrennten n+-(BSF)-Bereiche eine von einer Streifenform abweichende, inselförmige Gestalt besitzen und wobei weiterhin eine allseitige Abstandsfläche von der p+-Emitterschicht auf der Insel vorliegt. Durch diese Maßnahme ist eine zusätzliche Isolation unnötig, d. h. ein nachträglicher Isolationsprozess, z. B. durch Laserbeschuss, wird überflüssig. Die bei den Diffusionsschritten von Dotanden freigebliebenen n-Basis-Flächen zwischen der p+-Emitterfläche und dem inselartigen n+-BSF- Bereich wirkt nämlich als Isolation zwischen dem p+n-Übergang und dem nn+-Übergang.
  • Die inselförmigen n+-BSF-Bereiche sind in x- und y-Richtung auf dem Wafer in einem engen Raster derart angeordnet, dass an jeder Stelle der Ladungsträgergeneration der Weg der Minoritätsladungsträger zum BSF-Bereich kleiner ist als die Diffusionslänge der generierten Ladungsträger.
  • Das Rastermaß ist bevorzugt gleichmäßig oder gleichverteilt auf dem Wafer ausgebildet. Der laterale Abstand des Randes eines n+-BSF-Bereichs vom inneren Rand der Aussparung in der p+-Emitterschicht wird durch Maskierung einer dielektrischen Schicht, die dicht gegen Phosphordiffusion ist, hergestellt und liegt im Bereich von minimal 50 μm bis maximal 150 μm.
  • Die erfindungsgemäße Emitter-BSF-Struktur und die vorgeschlagene Prozessfolge bei der Herstellung führt zu einer Reihe von vorteilhaften Effekten.
  • Die inselförmige, vorzugsweise kreisförmige Gestalt der BSF-Gebiete ermöglicht eine ca. 80%ige Emitterüberdeckung bereits bei einem BSF-Durchmesser von 350 μm. Noch kleinere Durchmesser und damit höhere Emitterüberdeckungen sind erfindungsgemäß möglich. Damit werden die BSF-Gebiete in die Größenordnung bekannter sogenannter lokaler Kontakte geschrumpft.
  • Die Aluminiumdiffusion wird bei den hierfür erforderlichen Temperaturen von > 1000°C vor der Diffusion des Phosphors ausgeführt, da bei hohen Temperaturen kein phosphorhaltiger Precursor auf der Oberfläche anwesend ist. Erst bei einem tieferen Temperaturniveau wird ein POCl3-Gasfluss im Behandlungsofen erzeugt, so dass auf diese Weise beide Diffusionsprozesse getrennt voneinander optimierbar sind und dennoch in einem einzigen Hochtemperaturprozess vollzogen werden können.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
  • 1a und 1b die Darstellung einer Emitterüberdeckung bei bekannten streifenförmigen BSF-Bereichen unter Beachtung einer beispielhaften Symmetriezelle der Abmessungen von 1 mm × 1 mm;
  • 2 bis 7 Ergebnisse von bzw. Maßnahmen bei der Durchführung von Prozessschritten mit dem Ziel der Herstellung erfindungsgemäßer Solarzellen;
  • 8 eine prinzipielle Darstellung des Behandlungsschritts der unabhängigen Diffusion der Emitter- und BSF-Dotanden in einem einzigen Ofenprozess;
  • 9 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle, die im Ergebnis eines Ätzschritts vorliegt, wobei die Emitterbereiche, die BSF-Bereiche und die vorderseitige n+-Schicht (FSF) frei liegen;
  • 10a eine Darstellung erfindungsgemäßer Emitter- und BSF-Strukturen der Rückseite des Wafers in Draufsicht;
  • 10b eine Detaildarstellung gemäß der 10a unter Berücksichtigung eines ausgewählten, in x- und y-Richtung gleich verteilten Rastermaßes mit dem Raster = Pitch = 1 mm;
  • 11 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Struktur mit optimierter Passivierungsschicht und
  • 12 eine Darstellung der Zelle im Schnitt mit auf der Vorderseite abgeschiedener Antireflexionsschicht.
  • Gemäß der 2 wird die gesamte Rückseite 2b eines untexturierten n-Siliziumwafers 1 mit einer Aluminium- bzw. aluminiumhaltigen Schicht 3 bedeckt, welche den Emitterdotanden bildet. Die Vorderseite des Wafers ist mit dem Bezugszeichen 2a und die Rückseite mit dem Bezugszeichen 2b gekennzeichnet.
  • In einem weiteren Schritt wird die aluminiumhaltige Schicht 3 in Kontakt zu einer Schattenmaske 5a gebracht und durch einen Trockenätzschritt in einem chlorhaltigen Plasma 7a (4) strukturiert.
  • Alternativ kann auch eine organische Maskenschicht aufgebracht werden, z. B. durch sogenanntes Ink-Jetting, und dann das Aluminium mit nasschemischen Mitteln in den frei gebliebenen Bereichen geätzt werden.
  • Die Maske 5a weist inselförmige Öffnungen 6a auf, so dass sich entsprechende inselförmige Öffnungen 4 im Bereich der Durchbrüche 6a der Maske 5a ergeben. Die Form der Öffnungen 6a bzw. 6b in den Masken 5a und 5b ist bevorzugt in Gestalt von Kreisen ausgeführt, wobei die Kreisform mit vorzugsweise gleichem Abstand zueinander sowohl in x- als auch y-Richtung auf der Maske sich verteilt wiederholt.
  • Im Prozessschritt gemäß 5 erfolgt eine Beschichtung der inselförmig durchlöcherten aluminiumhaltigen Schicht 3 mit einer Dielektrikumsschicht 8, vorzugsweise mit einem Oxid, z. B. SiO2, TiO2, Al2O3 und/oder einem Nitrid, die als Maskierungsschicht gegen Phosphordiffusion dicht ist. Die Abscheidung dieser Schicht kann durch z. B. reaktives Sputtern, aber auch durch CVD, z. B. PECVD, erfolgen.
  • Im nächstfolgenden Prozessschritt wird die Dielektrikumsschicht 8 durch einen lokalen Ätzschritt im Bereich der Durchbrüche 6b der Maske 5b (6) durch Ätzen entfernt. Dabei kann es sich um einen Trockenätzschritt in fluorgashaltigem Plasma 7b durch eine Metallfolienmaske hindurch oder aber auch um einen Trockenätzschritt in fluorgashaltigem Plasma 7b durch eine organische Maskierungsschicht hindurch oder um einen nasschemischen Ätzprozess durch eine entsprechend organische Maske handeln.
  • Die erfindungsgemäß bevorzugt kreisförmigen Durchbrüche 6b in der Maske 5b und die damit entstandenen runden Durchbrüche 9 in der Dielektrikumsschicht 8 besitzen erfindungsgemäß einen kleineren Durchmesser als die ebenfalls runden Durchbrüche 6a in der Maske 5a und damit in der aluminiumhaltigen Schicht 3. So wird verhindert, dass bei der Phosphordotierung im nächsten Prozessschritt ein Materialkontakt zwischen den Emitter- und BSF-Dotanden auftreten kann.
  • Nach der folgenden standardgemäßen Texturierug in einem Tauchbad, z. B. einem alkalischen Ätzbad aus KOH und Isopropylalkohol (IPA) sowohl der Wafervorderseite 2a als auch in den freigelegten runden Durchbrüchen 9b der Waferrückseite (siehe 7) wird im nächsten Prozessschritt keine Kodiffusion, sondern eine unabhängige Diffusion der Emitter- und BSF-Dotanden in einem einzigen Ofenprozess realisiert.
  • Hierfür werden die in den vorangegangenen Prozessschritten vorbereiteten Wafer in einem Hochtemperaturofen zunächst bei ca. 1000°C bis 1100°C in einem Inertgas, z. B. Stickstoff, 30 min bis 60 min lang getempert.
  • Beim Abkühlen erfolgt in situ bei einer Haltetemperatur zwischen 800°C und 1000°C in einem phosphorhaltigen Gas 13, vorzugsweise POCl3, die BSF-Diffusion in den freiliegenden und texturierten Bereichen der Vorderseite 2a und den Durchbrüchen 9b der Waferrrückseite (8).
  • Dabei kann eine möglicherweise bei der Diffusion bei > 1000°C entstandene dünne Siliziumoxidschicht die Phosphor-Diffusion zwar leicht behindern, jedoch nicht verhindern.
  • Der erste Hochtemperaturschritt bewirkt eine Al-Diffusion aus der Aluminiumhaltigen Quellschicht oder Quellschichtfolge 3, aus der sich die p+-Emitterschicht mit einem mehrere μm tiefen Aluminiumprofil 11 entwickelt.
  • Im zweiten Temperatur-Behandlungsschritt, der in der Abkühlphase ausgehend vom ersten Hochtemperaturschritt liegt, wird bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1000°C der Ofeninnenraum mit bevorzugt POCl3 gefüllt. Aus der durch POCl3 entstehenden Phosphorsilikatglasschicht 14a und 14b diffundiert dann der Phosphor in die Siliziumoberfläche, so dass diese sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite in den freiliegenden Oberflächenbereichen eine flache n+-Dotierung (BSF 12 bzw. FSF 14) ausbildet.
  • Im folgenden Verfahrensschritt werden in geeigneten Ätzbädern das gebildete Phosphorsilikatglas (PSG 14a bzw. 14b), die dielektrische Maskierungsschicht 8 und die Al-haltige Quellschicht oder Quellschichtfolge 3b abgeätzt, so dass die Emitterbereiche 11, die BSF-Bereiche 12 und die vorderseitige n+-Schicht FSF 14 freiliegen (siehe 9).
  • Die 10a zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Emitter- und BSF-Struktur der Rückseite in Aufsicht. Die Form des BSF-Bereichs kann aber auch oval oder vieleckig sein.
  • Die bei den Diffusionsschritten von Dotanden frei gebliebenen n-Basis-Flächen 10 zwischen der p+-Emitterfläche und dem inselartigen n+-BSF-Bereich dienen als Isolation zwischen dem p+n-Übergang und dem nn+-Übergang. Hierdurch wird ein nachträglicher Isolationsprozess, z. B. durch Laserbeschuss, überflüssig.
  • Die BSF-Bereiche sind erfindungsgemäß mit so kleinem Durchmesser versehen, dass die durch die Qualität des gewählten Basismaterials und die Qualität der Oberflächenpassisivierung bestimmte Lebensdauer der Minoritätsladungsträger (hier: Löcher) ausreicht, um von jedem beliebigen Ort ihrer Generation zum nächstgelegenen Emitter-Bereich zu gelangen, bevor eine Rekombination stattfindet, und sie werden in einem so engen Raster über die Waferoberfläche verteilt, dass die Querleitverluste der Majoritätsträger (hier: Elektronen) von mitten über den Emittergebieten bis zum nächstgelegenen BSF-Bereich gering genug bleiben.
  • Dieses Raster kann an sich beliebig gewählt werden, ist aber vorzugsweise in x- und y-Richtung gleich und regelmäßig, z. B. quadratisch ausgeführt (siehe 10b).
  • In einem weiteren Verfahrensschritt wird die gesamte Rückseite mit einer für die p+-Emitteroberfläche geeignete optimierte Passivierungsschicht 15 beschichtet (11).
  • Die Abscheidung kann durch plasmagestütztes CVD, aber beispielsweise auch durch reaktives Sputtern oder Atomic Layer Deposition (ALD) erfolgen.
  • Im nächsten Verfahrensschritt wird eine Antireflexschicht 16 auf der Vorderseite abgeschieden (12). Diese Antireflexschicht ist hinsichtlich Dicke und Brechnungsindex auf den Einfang des Sonnenlichts optimiert. Da die Oberfläche der Vorderseite mit Phosphor dotiert ist, kann die Passivierung aus Siliziumnitrid bestehen. Es können aber auch andere Materialien wie Al2O3, SiCx, SiOx oder a-Si:H oder Kombinationen aus diesen verwendet werden, z. B. Oxid-Nitrid-Oxid (ONO-Stacks) oder a-Si:H + SiNx. Die Abscheidung kann wie im Standardprozess durch Plasma-gestütztes CVD, aber auch durch reaktives Sputtern vorgenommen werden.
  • Die 12 zeigt den unfertigen Zustand der Rückseitenemitter-Solarzelle, die dann einer Kontakt-Metallisierung unterzogen werden kann.
  • Dazu werden zunächst lokale Kontaktöffnungen in einer matrixartigen Anordnung sowohl in den BSF-Bereichen als auch auf den Emitteroberflächen erzeugt. Hierfür können die im Stand der Technik bekannten Methoden der lokalen Nasschemie oder die Laserablation mit Picosekundenlasern oder die neue Methode der maskierten Plasmaätzung, vorzugsweise mit Reactive Ion Etching (RIE) angewandt werden, die in 6 dargestellt ist. Anschließend wird die gesamte Zellrückseite mit einer Dünnschichtmetallisierung, vorzugsweise mit Aluminium, bedeckt, die durch lokale Ätzung in die beiden Kontaktstrukturen für den Emitter und die Basis aufgeteilt wird.
  • Abschließend werden noch lötfähige Metallflächen als Lötkontakte der Emitter- und zur Basismetallisierung abgeschieden, die vorzugsweise aus einer Silberhaltigen Paste bestehen, die bei Temperaturen unterhalb von 600°C gesintert werden muss.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 69631815 T2 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - P. Engelhardt, N. P. Harder, T. Neubert, H. Plagwitz, R. Meyer und R. Brendel, Proceedings of the 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2006, Dresden, Germany, p. 773–776 [0003]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung monokristalliner n-Silizium-Rückseitenkontakt-Solarzellen mit spezieller Struktur für einen lichtabgewandten rückseitigen, passivierten p+-Emitter und räumlich getrennten n+-(BSF)-Bereichen sowie vorderseitigem n+-Profil, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Siliziumwafers eine Aluminium-haltige Quellschicht oder Quellschichtfolge mit Dünnschichtabscheidungsmethoden aufgebracht wird und anschließend eine Strukturierung der Dünnschicht zum Erhalt von lokalen Ausnehmungen erfolgt, weiterhin die so erhaltene Struktur mit einem Dielektrikum versehen wird, welches darauffolgend mittels Maskierung und Ätzung lokal entfernt wird, wobei die Maskierung im Bereich der Ausnehmungen so erfolgt, dass bei der anschließenden Phosphordotierung ein Kontakt zwischen Emitter- und BSF-Dotanden ausgeschlossen ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske zur Ausbildung der lokalen Ausnehmungem in der Aluminiumschicht Öffnungen aufweist, welche größer als diejenigen der Maske für die Maskierung der Dielektrikumsschicht sind, wobei die Positionierung der jeweiligen Masken im Prozess so vorgenommen wird, dass die Inselstruktur erhalten bleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die lokalen Ausnehmungen eine kreisrunde, ovale, quadratische, rechteckige oder vieleckige Flächenform aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Hochtemperatur-Behandlungsschritt eine Al-Diffusion aus der aufgebrachten Aluminium-haltigen Quellschicht oder Quellschichtfolge zur Ausbildung einer p+-Emitterschicht entsteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Temperatur-Behandlungsschritt, der vorzugsweise im selben Behandlungsofen durchgeführt weden kann, dieser mit einer Phosphorquelle beschickt wird, um auf der Vorder- und Rückseite des Wafers und dort freiliegenden Bereichen das n+-Dotierungsprofil auszubilden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hochtemperatur-Behandlungsschritt bei einer Temperatur von > 1000°C abläuft und der zweite Temperatur-Behandlungsschritt in der Abkühlphase bei 1000°C bis 800°C ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Phosphorquelle POCl3 eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsprodukte ausgeführter Diffusionsprozesse durch Ätzen entfernt werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ätzen die Wafervorderseite mit einer optisch optimierten Antireflexionsschicht versehen wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Wafers mit einer auf die minimale Rekombinationsgeschwindigkeit an der Oberfläche des p+-Emitters optimierte isolierende Passivierungsschicht versehen wird, die lokal auf den n+- und p+-Gebieten geöffnet wird, so dass eine später aufgebrachte und strukturierte Metallschicht die lokalen Kontakte gleicher Polarität jeweils miteinander verbinden kann.
  11. Rückseitenkontakt-Silizium-Solarzelle, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vom p+-Emitter getrennten n+-(BSF)-Bereiche eine von einer Streifenform abweichende Gestalt aufweisen und einen allseitigen Abstand zum inneren Rand der Aussparung in der p+-Emitterschicht besitzen, wodurch eine zusätzliche Isolation vermeidbar ist.
  12. Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vom p+-Emitter getrennten n+-BSF-Bereiche in einem Raster in x- und y-Richtung so nahe zueinander benachbart angeordnet sind, dass die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger ausreicht, um von jedem beliebigen Ort ihrer Generation zum nächstgelegenen Emitter-Bereich zu gelangen, bevor eine Rekombination stattfindet, und dabei die Querleitverluste der Majoritätsladungsträger vom Ort ihrer Generation über dem Emittergebiet bis zum nächstgelegenen BSF-Gebiet hinreichend klein bleiben.
  13. Zelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster gleichmäßig oder gleich verteilt auf dem Wafer ausgebildet ist.
  14. Zelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Abstand des Randes eines n+-BSF-Bereichs vom inneren Rand der Aussparung in der p+-Emitterschicht minimal 50 μm und maximal 150 μm beträgt.
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