Bezugnahme auf PrioritätsanmeldungenReference to priority applications
Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der am 19. Mai 2008
eingereichten US-Provisional-Anmeldung mit der Seriennummer 61/054,233 und
der am 3. Juni 2008 eingereichten US-Provisional-Anmeldung mit der
Seriennummer 61/058,322, sowie der am 13. Mai 2008 eingereichten koreanischen Patentanmeldung mit
der Seriennummer 2008-44062 und der am 28. Mai 2008 eingereichten koreanischen Patentanmeldung mit
der Seriennummer 2008-49772 , deren Offenbarung hiermit
durch Inbezugnahme mit aufgenommen wird.This application claims priority to US Provisional Application Serial No. 61 / 054,233 filed May 19, 2008, and US Provisional Application No. 61 / 058,322 filed June 3, 2008, and May 13, 2008 submitted Korean Patent Application Serial No. 2008-44062 and submitted on May 28, 2008 Korean Patent Application Serial No. 2008-49772 , the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Solarzellen und Verfahren
zum Herstellen derselben sowie insbesondere auf Halbleitersolarzellen
und Verfahren zum Herstellen derselben.The
The present invention relates to solar cells and methods
for producing the same and in particular on semiconductor solar cells
and methods of making the same.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Eine
Solarzelle ist eine Vorrichtung, die Solarenergie (z. B. Sonnenlicht)
in Elektrizität umwandelt. Solarzellen besitzen viele Anwendungen.
Einzelne Zellen können verwendet werden zum Antreiben kleiner
Vorrichtungen, wohingegen große Arrays von Zellen (z. B.
photovoltaische Arrays) verwendet werden können zum Erzeugen
einer Form von erneuerbarer Energie, die besonders nützlich
sein kann in Situationen, in denen die Stromversorgung von einem
Energieversorgungsnetz nicht verfügbar ist. Solarzellenarrays
werden neuerdings auch entwickelt für Stromnetz-basierte
elektrische Systeme.A
Solar cell is a device that uses solar energy (eg sunlight)
converted into electricity. Solar cells have many applications.
Single cells can be used to drive smaller ones
Devices, whereas large arrays of cells (e.g.
photovoltaic arrays) can be used to generate
a form of renewable energy that is particularly useful
can be in situations where the power supply of one
Power grid is not available. solar cell array
are also being developed for power grid-based
electrical systems.
Solarzellen
arbeiten durch Erzeugen von Elektronen-Loch-Paaren innerhalb eines
Substrates (z. B. eines Halbleitersubstrates) als Antwort auf die Absorption
von auf das Substrat einfallenden Photonen. Wenn ein Photon absorbiert
wird, wird dessen Energie an ein Elektron in dem Kristallgitter
des Substrates abgegeben. Für gewöhnlich ist dieses
Elektron in dem Valenzband des Kristallgitters und ist fest gebunden
in kovalenten Bindungen zwischen benachbarten Atomen. Die an das
Elektron von dem Photon abgegebene Energie kann ausreichend sein zum
Anregen des Elektrons in das Leitungsband des Kristallgitters, in
dem es dann frei beweglich in dem Substrat wird. Die kovalente Bindung,
von der das Elektron zuvor ein Teil war, besitzt nun ein Elektron weniger,
welches als ein „Loch” bekannt ist. Das Vorhandensein
einer fehlenden kovalenten Bindung erlaubt gebundenen Elektronen
von benachbarten Atomen in das „Loch” zu wandern,
wobei ein weiteres Loch zurückgelassen wird, und auf diese
Art und Weise kann ein Loch durch das Gitter wandern. Diese Bewegung
von Elektronen und Löchern innerhalb des Substrates kann
dann verwendet werden zum Aufbauen einer Gleichspannung über
eine mit den Solarzellen verbundene Last.solar cells
work by creating electron-hole pairs within one
Substrate (eg, a semiconductor substrate) in response to the absorption
of incident photons on the substrate. When a photon absorbs
becomes, its energy becomes an electron in the crystal lattice
of the substrate. Usually this is
Electron in the valence band of the crystal lattice and is firmly bound
in covalent bonds between neighboring atoms. The at the
Electron energy released by the photon may be sufficient for
Exciting the electron into the conduction band of the crystal lattice, in
which then becomes freely movable in the substrate. The covalent bond,
of which the electron was previously a part, now has one electron less,
which is known as a "hole". The presence
a missing covalent bond allows bound electrons
to wander into the "hole" of neighboring atoms,
with another hole left behind and on top of it
Way, a hole can wander through the grid. This movement
of electrons and holes within the substrate can
then used to build up a DC voltage across
a load connected to the solar cells.
Insbesondere
kann ein innerhalb eines pn-Übergangs erzeugtes elektrisches
Built-in-Feld ausreichend sein zum Bewegen von Elektronen und Löchern
der Elektronen-Loch-Paare zu einem n-leitenden Halbleiterbereich
bzw. einem p-leitenden Halbleiterbereich. Ein Beispiel einer Solarzelle,
die einen pn-Übergang sowie ein Paar von Elektroden auf
gegenüberliegenden Oberflächen eines Halbleitersubstrates
verwendet, ist in den US-Patenten
US 4,726,850 und US
4,748,130 offenbart. Ein weiteres Beispiel einer Solarzelle
ist in dem US-Patent US 7,335,555 von
Gee et al. mit dem Titel „Buried-Contact Solar Cell With
Self-Doping Contacts” offenbart.In particular, a built-in electric field generated within a pn junction may be sufficient to move electrons and holes of the electron-hole pairs to an n-type semiconductor region and a p-type semiconductor region, respectively. An example of a solar cell using a pn junction as well as a pair of electrodes on opposite surfaces of a semiconductor substrate is shown in FIGS U.S. Patents US 4,726,850 and US 4,748,130 disclosed. Another example of a solar cell is in the U.S. Patent US 7,335,555 by Gee et al. entitled "Buried-Contact Solar Cell With Self-Doping Contacts".
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Solarzellen
gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung weisen ein Substrat mit einer Lichtsammeloberfläche
darauf sowie einen gleichrichtenden pn-Übergang innerhalb
des Substrates auf. Der gleichrichtende pn-Übergang weist
einen Basisbereich vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B.
p-leitend) sowie eine Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps
auf, der sich zwischen dem Basisbereich und der Licht sammeloberfläche
erstreckt. Ein Graben ist außerdem vorgesehen, der sich
durch die Halbleiterschicht und in den Basisbereich hinein erstreckt.
Eine erste und eine zweite Elektrode sind angrenzend an die Lichtsammeloberfläche
vorgesehen. Die erste Elektrode ist elektrisch mit der Halbleiterschicht
verbunden und die zweite Elektrode ist elektrisch mit dem Basisbereich
verbunden an einem Ort angrenzend an einem Boden des Grabens.solar cells
according to embodiments of the present
Invention have a substrate with a light collecting surface
on it as well as a rectifying pn junction within
of the substrate. The rectifying pn junction points
a base region of the first conductivity type (eg.
p-type) and a semiconductor layer of the second conductivity type
on, which is between the base area and the light collecting surface
extends. A ditch is also provided, which is
through the semiconductor layer and into the base region.
First and second electrodes are adjacent to the light collecting surface
intended. The first electrode is electrically connected to the semiconductor layer
connected and the second electrode is electrically connected to the base region
connected at a location adjacent to a floor of the trench.
Gemäß zusätzlichen
Ausführungsformen der Erfindung kann die Solarzelle weiter
elektrisch isolierende Grabenseitenwand-Abstandshalter an Seitenwänden
des Grabens aufweisen, die sich zwischen der zweiten Elektrode und
der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp erstrecken
und eine elektrische Isolation dazwischen bereitstellen. Zusätzlich kann
die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeittyp eine
amorphe Siliziumschicht mit einer anderen Bandlücke als
einkristallines Silizium sein. Insbesondere kann die Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine amorphe Siliziumschicht
sein, die einen Heteroübergang innerhalb des Substrates
bildet. Solarzellen gemäß diesen Ausführungsformen
der Erfindung können auch eine Grenzschicht vom zweiten
Leitfähigkeitstyp aufweisen, die sich zwischen der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp und dem Basisbereich erstreckt.
Die Grenzschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann einen
nicht gleichrichtenden Heteroübergang mit der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp sowie einem gleichrichtenden
pn-Übergang mit dem Basisbereich bilden.In accordance with additional embodiments of the invention, the solar cell may further include electrically insulating trench sidewall spacers on sidewalls of the trench extending between the second electrode and the second conductivity type semiconductor layer and providing electrical isolation therebetween. In addition, the second conductivity type semiconductor layer may be an amorphous silicon layer having a band gap other than single crystal silicon. In particular, the second conductivity type semiconductor layer may be an amorphous silicon layer forming a heterojunction within the substrate. Solar cells according to these embodiments of the invention may also include a second conductivity type barrier layer extending between the second conductivity type semiconductor layer and the base region. The second conductivity type barrier layer may include a non-rectifying heterojunction with the second conductivity type semiconductor layer and a rectifying pn junction with the base region form.
Weitere
Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Antireflexionsschicht
auf der Lichtsammeloberfläche auf. Diese Lichtsammeloberfläche kann
mit einem ungleichmäßigen Oberflächenprofil mit
lokalen Spitzen und Tälern darin ausgebildet sein. Insbesondere
kann der nicht gleichrichtende Heteroübergang ein unebenes Übergangsprofil
aufweisen und die Lichtsammeloberfläche kann ein ungleichförmiges
Oberflächenprofil besitzen, das in etwa dem unebenen Übergangsprofil
des nicht gleichrichtenden Heteroübergangs entspricht.
Darüber hinaus kann der nicht gleichrichtende Heteroübergang
ein erstes unebenes Übergangsprofil besitzen, und kann der
gleichrichtende Übergang zwischen der Grenzschicht und
dem Basisbereich ein zweites unebenes Übergangsprofil besitzen,
das in etwa einer Form des ersten unebenen Übergangsprofils
entspricht.Further
Embodiments of the invention comprise an antireflection coating
on the light collecting surface. This light collecting surface can
with a non-uniform surface profile with
local peaks and valleys are formed therein. Especially
For example, the non-rectifying heterojunction can produce an uneven transition profile
and the light-collecting surface may be non-uniform
Have surface profile, which is approximately the uneven transition profile
of the non-rectifying heterojunction.
In addition, the non-rectifying heterojunction
have a first uneven transition profile, and the
rectifying transition between the boundary layer and
have a second uneven transition profile in the base region,
that in about a form of the first uneven transitional profile
equivalent.
Zusätzliche
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten
Verfahren zum Herstellen von Solarzellen ein. Einige dieser Verfahren
enthalten das Bilden einer Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
(z. B. n-leitend) auf einem Halbleitersubstrat mit einem Basisbereich
vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. p-leitend) darin. Ein
erster Graben wird außerdem gebildet, der sich durch die
Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und in
den Basisbereich hinein erstreckt. Diesem Schritt des Bildens des
ersten Grabens kann ein Schritt des Bildens einer Antireflexionsschicht
auf der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp
vorangehen. Grabenseitenwand-Abstandshalter werden auf Seitenwänden
des ersten Grabens gebildet. Ein zweiter Graben wird außerdem
gebildet, der sich durch einen Boden des ersten Grabens und weiter
in den Basisbereich hinein erstreckt. Der erste und der zweite Graben
können streifenförmige Gräben sein, die
sich über das Substrat erstrecken. Der zweite Graben wird
mit einer ersten Elektrode gefüllt, die elektrisch mit
dem Basisbereich verbunden ist. Diesem Schritt des Füllens
des zweiten Grabens kann ein Schritt des Implantierens von Dotierstoffen
vom ersten Leitfähigkeitstyp in einen Boden und in Seitenwände
des zweiten Grabens vorangehen. Eine zweite Elektrode kann außerdem
in Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyps
gebildet werden. Diese zweite Elektrode kann außerhalb
und/oder innerhalb des ersten Grabens gebildet werden.additional
Embodiments of the present invention include
Process for producing solar cells. Some of these procedures
include forming a semiconductor layer of the second conductivity type
(eg, n-type) on a semiconductor substrate having a base region
of the first conductivity type (eg, p-type) therein. One
The first trench is also formed by the
Semiconductor layer of the second conductivity type and in
extends into the base area. This step of making the
First trench may include a step of forming an antireflection layer
on the semiconductor layer of the second conductivity type
precede. Trench sidewall spacers are on sidewalls
formed of the first trench. A second ditch will be added as well
formed, extending through a floor of the first ditch and further
extends into the base area. The first and the second ditch
may be strip-shaped trenches that
extend over the substrate. The second ditch will
filled with a first electrode which is electrically connected to
connected to the base area. This step of filling
The second trench may include a step of implanting dopants
of the first conductivity type in a floor and in side walls
precede the second trench. A second electrode can also
in contact with the semiconductor layer of the second conductivity type
be formed. This second electrode can be outside
and / or within the first trench.
Gemäß einigen
dieser Ausführungsformen von Verfahren kann dem Schritt
des Bildens eines ersten Grabens ein Schritt zum Bilden einer Grenzschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dem Basisbereich vorangehen.
Diese Grenzschicht kann gebildet werden durch Diffundieren einer
ausreichenden Menge an Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeittyps von
der Halbleiterschicht in den Basisbereich, um dadurch einen Abschnitt
des Basisbereichs vom ersten Leitfähigkeitstyp netto umzuwandeln
in den zweiten Leitfähigkeittyp. Diese Grenzschicht kann
einen nicht gleichrichtenden Heteroübergang mit der Halbleiterschicht
bilden, die amorphes Silizium enthalten kann. Die Halbleiterschicht
kann gebildet werden durch Abscheiden einer in-situ dotierten amor phen
Siliziumschicht auf einer Oberfläche des Substrates. Diese Oberfläche
kann ein ungleichförmiges Oberflächenprofil mit
lokalen Spitzen und Tälern darin aufweisen.According to some
of these embodiments of method may be the step
forming a first trench; a step of forming a boundary layer
of the second conductivity type in the base region.
This boundary layer can be formed by diffusing one
sufficient amount of dopant of the second conductivity type of
of the semiconductor layer in the base region to thereby form a portion
of the first conductivity type base region net
in the second conductivity type. This boundary layer can
a non-rectifying heterojunction with the semiconductor layer
form, which may contain amorphous silicon. The semiconductor layer
can be formed by depositing an in situ doped amorphous phen
Silicon layer on a surface of the substrate. This surface
may have a non-uniform surface profile with
have local peaks and valleys therein.
Verfahren
zum Herstellen von Solarzellen gemäß zusätzlichen
Ausführungsformen der Erfindung weisen das Texturieren
einer Oberfläche eines Siliziumwafers mit einem Basisbereich
vom ersten Leitfähigkeitstyps darin zum Erzeugen von lokalen Spitzen
und Tälern in der Oberfläche auf. Nachdem die
Oberfläche texturiert worden ist, kann eine in-situ dotierte
amorphe Siliziumschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf
die texturierte Oberfläche abgeschieden werden, um dadurch
einen texturierten gleichrichtenden Heteroübergang mit
der Oberfläche zu definieren. Diese amorphe Siliziumschicht
kann eine Dotierkonzentration darin in einem Bereich von etwa 1 × 1019 cm–3 bis
etwa 1 × 1021 cm3 besitzen.
Eine Grenzschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp wird dann
in dem Basisbereich gebildet durch Diffusion einer ausreichenden
Menge von Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps von
der amorphen Siliziumschicht in den Basisbereich, um dadurch einen
Teil des Basisbereichs netto von dem ersten Leitfähigkeitstyp
in den zweiten Leitfähigkeitstyp umzuwandeln. Ein Graben
wird dann gebildet, der sich durch die amorphe Siliziumschicht und
die Grenzschicht sowie in den Basisbereich hinein erstreckt. Eine
erste und eine zweite Elektrode werden außerdem gebildet.
Die erste Elektrode ist elektrisch mit der amorphen Siliziumschicht
verbunden, und die zweite Elektrode ist angrenzend an einen Boden
des Grabens elektrisch mit dem Basisbereich verbunden. Bei einigen
dieser Ausführungsformen der Erfindung beinhalten die Schritte
des Bildens der ersten und der zweiten Elektrode das Abscheiden
einer zweiten Elektrode an dem Boden des Grabens und das Abscheiden
einer ersten Elektrode angrenzend an ein oberes Ende des Grabens
nach dem Bedecken der zweiten Elektrode mit einer elektrisch isolierenden Trennschicht.Methods of fabricating solar cells according to additional embodiments of the invention include texturing a surface of a silicon wafer having a first conductivity type base region therein to create local peaks and valleys in the surface. After the surface has been textured, an in-situ doped second conductivity type amorphous silicon layer may be deposited on the textured surface to thereby define a textured rectifying heterojunction with the surface. This amorphous silicon layer may have a doping concentration therein in a range of about 1 × 10 19 cm -3 to about 1 × 10 21 cm 3 . A second conductivity type barrier layer is then formed in the base region by diffusing a sufficient amount of second conductivity type dopant from the amorphous silicon layer into the base region to thereby net convert a portion of the base region from the first conductivity type to the second conductivity type. A trench is then formed which extends through the amorphous silicon layer and the barrier layer as well as into the base region. A first and a second electrode are also formed. The first electrode is electrically connected to the amorphous silicon layer, and the second electrode is electrically connected to the base region adjacent a bottom of the trench. In some of these embodiments of the invention, the steps of forming the first and second electrodes include depositing a second electrode at the bottom of the trench and depositing a first electrode adjacent an upper end of the trench after covering the second electrode with an electrically insulating one separation layer.
Gemäß einigen
dieser Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet der Schritt
des Texturierens das Ätzen der Oberfläche des
Siliziumwafers, indem die Oberfläche einem Ätzmittel
ausgesetzt wird, das die Bildung von Rückständen
auf der Oberfläche bewirkt wird, die als lokale Ätzmasken
für das weitere Ätzen wirken. Insbesondere kann
der Schritt des Texturierens der Oberfläche beinhalten,
dass die Oberfläche einem Chlor und Fluor enthaltenden Ätzmittel ausgesetzt
wird. Insbesondere kann das Tro ckenätzmittel gebildet werden
durch Kombinieren von Chlor(Cl2)-Sauerstoff(O2)- und SF6-Ausgangsgase
in einer Niederdruck-Prozesskammer.In accordance with some of these embodiments of the invention, the step of texturing includes etching the surface of the silicon wafer by exposing the surface to an etchant that causes the formation of residues on the surface that act as local etch masks for further etching. In particular, the step of texturing the surface may include exposing the surface to a chlorine and fluorine-containing etchant. In particular, the dry etching agent can be formed by combining chlorine (Cl 2 ) oxygen (O 2 ) and SF 6 starting gases a low pressure process chamber.
Gemäß zusätzlichen
Ausführungsformen der Erfindung enthält der Schritt
des Bildens der Grenzschicht das Bilden einer Grenzschicht mit einer
bevorzugten Dicke in einem Bereich von etwa 500 Å bis etwa
2000 Å durch Tempern der amorphen Siliziumschicht vom zweiten
Leitfähigkeitstyp bei einer Temperatur in einem Bereich
zwischen etwa 500°C und etwa 900°C. Darüber
hinaus kann der Schritt des Bildens des Grabens das Bilden eines
gitterförmigen Grabens durch Bilden einer Mehrzahl von
kreuz und quer verlaufenden Nuten in einer Oberfläche des
Siliziumwafers enthalten. Dieser gitterförmige Graben kann
außerdem einen äußeren ringförmigen
Graben angrenzend an den Umfang des Siliziumwafers enthalten. Dem
Schritt des Bildens der ersten Elektrode kann außerdem
das selektive Entfernen eines Teils der ersten Elektrode und eines
darunterliegenden Teils der elektrisch isolierenden Trennschicht
in dem ringförmigen Graben folgen, um dadurch die zweite Elektrode
freizulegen.According to additional
Embodiments of the invention includes the step
forming the boundary layer forming a boundary layer with a
preferred thickness in a range of about 500 Å to about
2000 Å by annealing the amorphous silicon layer from the second
Conductivity type at a temperature in a range
between about 500 ° C and about 900 ° C. About that
In addition, the step of forming the trench may form a
latticed trench by forming a plurality of
criss - cross grooves in a surface of the
Silicon wafers included. This grid-shaped ditch can
also an outer annular
Trench included adjacent to the periphery of the silicon wafer. the
Step of forming the first electrode may also
the selective removal of a portion of the first electrode and a
underlying part of the electrically insulating separation layer
in the annular groove, thereby forming the second electrode
expose.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
1 ist
eine Querschnittsansicht einer als integrierte Schaltung ausgebildeten
Solarzelle gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view of an integrated circuit solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht eines hervorgehobenen
Abschnittes der Solarzelle aus 1. 2 FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a highlighted portion of the solar cell. FIG 1 ,
3 bis 9 sind
Querschnittsansichten von Zwischenstrukturen, die zusammen mit 1 Verfahren
des Bildens von als integrierte Schaltungen ausgebildeten Solarzellen
gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung darstellen. 3 to 9 are cross-sectional views of intermediate structures associated with 1 Illustrate methods of forming solar cells formed as integrated circuits according to embodiments of the present invention.
10A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
10B ist eine Querschnittsansicht der als integrierte
Schaltung ausgebildeten Solarzelle aus 10A entlang
der Linie I-I'. 10B is a cross-sectional view of the integrated circuit formed as a solar cell 10A along the line I-I '.
11 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht eines hervorgehobenen
Abschnittes der Solarzelle aus 10B. 11 FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a highlighted portion of the solar cell. FIG 10B ,
12A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
12B ist eine Querschnittsansicht der als integrierte
Schaltung ausgebildeten Solarzelle aus 12A entlang
Linie I-I'. 12B is a cross-sectional view of the integrated circuit formed as a solar cell 12A along line I-I '.
12C ist eine alternative Querschnittsansicht der
als integrierte Schaltung ausgebildeten Solarzelle aus 12A entlang der Linie I-I'. 12C is an alternative cross-sectional view of the integrated circuit formed as a solar cell 12A along the line I-I '.
13A ist eine Draufsicht auf die als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13A FIG. 12 is a plan view of the integrated circuit solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
13B ist eine Querschnittsansicht der als integrierte
Schaltung ausgebildeten Solarzelle aus 13A entlang
der Linie I-I'. 13B is a cross-sectional view of the integrated circuit formed as a solar cell 13A along the line I-I '.
14A bis 20A sind
Draufsichten auf Zwischenstrukturen, die Verfahren zum Herstellen
einer als integrierte Schaltung ausgebildeten Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 14A to 20A 11 are plan views of intermediate structures illustrating methods of manufacturing an integrated circuit solar cell according to an embodiment of the present invention.
14B bis 20B sind
Querschnittsansichten der Zwischenstrukturen aus den 14A bis 20A entlang
der Linie I-I'. 14B to 20B are cross-sectional views of the intermediate structures of the 14A to 20A along the line I-I '.
21A bis 23A sind
Draufsichten auf Zwischenstrukturen, die jeweilige Verfahren des
Bildens von als integrierte Schaltung ausgebildeten Solarzellen
gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, welche durch die 12A und 12C veranschaulicht sind, darstellen. 21A to 23A 11 are plan views of intermediate structures, the respective methods of forming integrated circuit solar cells according to embodiments of the present invention, which are illustrated by FIGS 12A and 12C are illustrated.
21B bis 23B sind
Querschnittsansichten von Zwischenstrukturen aus 21A bis 23A entlang
der Linie I-I'. 21B to 23B are cross-sectional views of intermediate structures 21A to 23A along the line I-I '.
24A, 25A und 13A sind Draufsichten auf Zwischenstrukturen,
die jeweilige Verfahren des Bildens von als integrierte Schaltung
ausgebildeten Solarzellen gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung darstellen. 24A . 25A and 13A 11 are plan views of intermediate structures illustrating respective methods of forming integrated circuit solar cells according to embodiments of the present invention.
24B und 25B sind
Querschnittsansichten der Zwischenstrukturen aus 24A und 25A entlang
Linie I-I'. 24B and 25B are cross-sectional views of the intermediate structures 24A and 25A along line I-I '.
26 ist
ein Blockdiagramm eines photovoltaischen Systems, das als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzellen gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung verwenden kann. 26 FIG. 10 is a block diagram of a photovoltaic system that may use integrated circuit solar cells according to embodiments of the present invention. FIG.
27A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 27A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
27B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 27A entlang der Linie I-I'. 27B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 27A along the line I-I '.
28A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 28A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
28B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 28A entlang der Linie I-I'. 28B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 28A along the line I-I '.
29A ist eine Draufsicht auf die als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 29A FIG. 12 is a plan view of the integrated circuit solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
29B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 29A entlang der Linie I-I'. 29B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 29A along the line I-I '.
30A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 30A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
30B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 30A entlang der Linie I-I'. 30B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 30A along the line I-I '.
31A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 31A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
31B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 31A entlang der Linie I-I'. 31B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 31A along the line I-I '.
32A ist eine Draufsicht auf die als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 32A FIG. 12 is a plan view of the integrated circuit solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG.
32B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 32A entlang der Linie I-I'. 32B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 32A along the line I-I '.
33 ist
eine Draufsicht auf eine als integrierte Schaltung ausgebildete
Solarzelle gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 33 FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
34A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 34A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
34B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 34A entlang der Linie I-I'. 34B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 34A along the line I-I '.
34C ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 34A entlang der Linie II-II'. 34C is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 34A along the line II-II '.
35 ist
eine Draufsicht auf eine als integrierte Schaltung ausgebildete
Solarzelle gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 35 FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
36A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 36A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
36B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 36A entlang der Linie I-I'. 36B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 36A along the line I-I '.
37A ist eine Draufsicht auf eine als integrierte
Schaltung ausgebildete Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 37A FIG. 12 is a plan view of a solar cell formed as an integrated circuit according to an embodiment of the present invention. FIG.
37B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 37A entlang der Linie I-I'. 37B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 37A along the line I-I '.
Detaillierte Beschreibung
von bevorzugten AusführungsformenDetailed description
of preferred embodiments
Die
vorliegende Erfindung wird nun hierin genauer mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen ausgeführt sein und sollte nicht so
ausgelegt werden, dass sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen
beschränkt ist; vielmehr werden diese Ausführungsformen
derart vorgesehen, dass diese Offenbarung durchgehend und vollständig
sein wird, und wird den Umfang der Erfindung dem Fachmann vollständig vermitteln.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente
und Signalleitungen sowie Signale darauf können durch die
gleichen Bezugszeichen benannt sein.The
The present invention will now be described in more detail herein with reference to FIGS
accompanying drawings in which preferred embodiments
of the invention are shown. However, this invention may be in many
be executed in different forms and should not be so
be construed that they are based on the embodiments set forth herein
is limited; rather, these embodiments
provided so that this disclosure is continuous and complete
and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
Like reference numerals refer to like elements throughout
and signal lines as well as signals on it can through the
be named the same reference numerals.
In
der Beschreibung ist es, wenn eine Schicht (oder ein Film) als „auf” einer
anderen Schicht oder einem Substrat beschrieben wird, so zu verstehen,
dass sie direkt auf der anderen Schicht oder dem Substrat sein kann,
oder auch dazwischen befindliche Schichten vorhanden sein können.
Außerdem können in den Figuren die Abmessungen von
Schichten und Bereichen zum Zwecke der Klarheit der Darstellung übertrieben sein.
Zusätzlich werden Begriffe wie „ein/eine”, „erster/erste”, „zweiter/zweite” und „dritter/dritte” verwendet
zum Beschreiben verschiedener Bereiche und Schichten bei verschiedenen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die Bereiche
und Schichten sind nicht auf diese Begriffe beschränkt.
Diese Begriffe werden nur verwendet zum Unterscheiden eines Bereiches
oder einer Schicht von einem anderen Bereich oder einer anderen
Schicht. Daher kann eine bei einer Ausführungsform als „erste
Schicht” bezeichnete Schicht bei einer anderen Ausführungsform
als eine „zweite Schicht” bezeichnet sein.In
the description is when a layer (or a movie) is considered "on" a
another layer or a substrate is described, so to understand
that it can be directly on the other layer or substrate,
or intervening layers may be present.
In addition, in the figures, the dimensions of
Layers and areas may be exaggerated for clarity of presentation.
In addition, terms such as "on / off", "first / first", "second / second" and "third / third" are used
to describe different areas and layers at different
Embodiments of the present invention, the areas
and layers are not limited to these terms.
These terms are only used to distinguish a range
or a layer from another area or another
Layer. Therefore, in one embodiment, a "first
Layer "designated layer in another embodiment
be referred to as a "second layer".
Bezug
nehmend nun auf 1 und 2 können
Solarzellen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ein Substrat mit einer Oberseite aufweisen, welche eine
Lichtsammeloberfläche darstellt, sowie eine sich gegenüber
der Oberseite erstreckende Unterseite. Das Substrat ist mit einem Halbleitersubstratbereich 110 dargestellt,
der mit einem Dotierstoff vom ersten Leitfähigkeitstyp
(z. B. p-leitender Dotierstoff) dotiert sein kann. Insbesondere
kann der Substratbereich 110 aus einem p-leitenden einkristallinen
Siliziumwafer hervorgehen, der den Halbleiterprozessschritten unterworfen
werden kann, die in den 3 bis 9 dargestellt
sind, welche weiter unten beschrieben werden. Das Substrat kann
außerdem eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 (z.
B. n-leitend) aufweisen, welche sich auf dem Substratbereich 110 erstreckt.
Eine Oberseite der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 kann
als die Lichtsammeloberfläche fungieren, und eine Antireflexionsschicht 131 kann auf
der Lichtsammeloberfläche ausgebildet sein. Der Zweck der
Antireflexionsschicht 131 kann unter anderem die Erhöhung
der Lichtsammeleffizienz durch Verringern der Reflexion von einfallendem
Licht weg von der Lichtsammeloberfläche sein.Referring now to 1 and 2 For example, solar cells according to embodiments of the present invention may include a substrate having an upper surface which is a light-collecting surface, and a lower surface extending from the upper side. The substrate is with a semiconductor substrate region 110 presented with egg It may be doped with a dopant of the first conductivity type (eg p-type dopant). In particular, the substrate area 110 result from a p-type single crystal silicon wafer which can be subjected to the semiconductor process steps incorporated in the 3 to 9 are shown, which will be described below. The substrate may further comprise a semiconductor layer of the second conductivity type 120 (eg, n-type) located on the substrate area 110 extends. An upper surface of the second conductivity type semiconductor layer 120 may function as the light-collecting surface, and an antireflection layer 131 may be formed on the light collecting surface. The purpose of the antireflection coating 131 Among others, it may be to increase the light collecting efficiency by reducing the reflection of incident light away from the light collecting surface.
Wie
im Detail in 2 dargestellt ist, die den in 1 dargestellten
Bereich „A” herausstellt, enthält der
Substratbereich 110 einen Basisbereich 110b vom
ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. p-leitend) sowie eine Grenzschicht 110a vom
zweiten Leitfähigkeitstyp, die mit dem Basisbereich 110b einen
gleichrichtenden pn-Übergang bildet. Wie hierbei weiter unten
genauer beschrieben, kann diese Grenzschicht 110a gebildet
werden durch Diffundieren einer ausreichenden Menge an Dotierstoff
(z. B. eines n-leitenden Dotierstoffes) von der Halbleiterschicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp 120 in den Basisbereich 110b,
um dadurch einen Abschnitt des Basisbereichs 110b netto
vom ersten Leitfähigkeitstyp in den zweiten Leitfähigkeitstyp
umzuwandeln.As in detail in 2 is shown, the in 1 shown area "A" contains the substrate area 110 a base area 110b of the first conductivity type (eg p-type) as well as a boundary layer 110a of the second conductivity type with the base region 110b forms a rectifying pn junction. As described in more detail below, this boundary layer 110a are formed by diffusing a sufficient amount of dopant (eg, an n-type dopant) from the second conductivity type semiconductor layer 120 in the base area 110b to thereby form a portion of the base area 110b net from the first conductivity type to the second conductivity type.
Die
Grenzschicht 110a und die Halbleiterschicht vom zweiten
Leitfähigkeitstyp 120 können zusammen
einen elektrisch leitfähigen Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp 122 bilden.
Zusätzlich kann die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 als
eine amorphe Siliziumschicht ausgebildet werden, die einen nicht
gleichrichtenden Heteroübergang mit der Grenzschicht 110a bildet.
Dieser Heteroübergang kann in vorteilhafter Art und Weise
verglichen mit einem Homoübergang zu einer höheren Lichtsammeleffizienz
führen durch Vergrößern des Bereichs
von Wellenlängen, der eingefangen werden kann, um dadurch
Elektronen-Loch-Paare in der Nähe des pn-Übergangs
zu erzeugen. Die Halbleiterschicht 120 kann eine relativ
hoch dotierte Schicht sein, die als eine in-situ dotierte Halbleiterschicht ausgebildet
sein kann, die eine Dotierkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps
(z. B. Phosphor) in einem Bereich von z. B. etwa 1019 cm–3 bis etwa 1021 cm–3 besitzt. Die Dicke der Grenzschicht 110a ist
derart ausgewählt, dass die Solarzelleneffizienz erhöht ist
durch Verringern ungewünschter Elektronen-Loch-Rekombination
in der Nähe des pn-Übergangs. Obwohl nicht erwünscht
ist, an irgendeine Theorie gebunden zu sein, kann eine nicht ausreichend
dicke Grenzschicht 110a mit einem relativ hohen Grad an
Elektronen-Loch-Rekombination verbunden sein, die hervorgerufen
wird durch Grenzflächendefekte an dem Heteroübergang
zwischen der Grenzschicht 110a und der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120. Alternativ
kann eine übermäßig dicke Grenzschicht 110 beschränkt
sein durch relativ hohe Elektronen-Loch-Rekombination, die durch
eine übermäßige Ladungsträger-Drift
(d. h. Wanderung) durch einen den pn-Übergang umgebenden
weiten Verarmungsbereich. Basierend auf diesen Überlegungen
kann eine Grenzschicht 110a mit einer Dicke in einem Bereich
von etwa 500 Å bis etwa 2000 Å einen hohen Grad
an Lichtsammeleffizienz fördern durch Verringern der Elektronen-Loch-Rekombination
darin für das gegebene Halbleitermaterial.The boundary layer 110a and the second conductivity type semiconductor layer 120 Together, an electrically conductive region of the second conductivity type 122 form. In addition, the semiconductor layer may be of the second conductivity type 120 be formed as an amorphous silicon layer having a non-rectifying heterojunction with the interface 110a forms. This heterojunction can advantageously result in a higher light collection efficiency as compared to a homojunction by increasing the range of wavelengths that can be captured to thereby create electron-hole pairs in the vicinity of the pn junction. The semiconductor layer 120 may be a relatively highly doped layer that may be formed as an in-situ doped semiconductor layer having a doping concentration of the second conductivity type (eg, phosphorus) in a range of e.g. B. about 10 19 cm -3 to about 10 21 cm -3 has. The thickness of the boundary layer 110a is selected such that the solar cell efficiency is increased by reducing unwanted electron-hole recombination in the vicinity of the pn junction. Although not wishing to be bound by theory, an insufficiently thick interface may be used 110a with a relatively high degree of electron-hole recombination caused by interfacial defects at the heterojunction between the barrier layer 110a and the second conductivity type semiconductor layer 120 , Alternatively, an excessively thick boundary layer 110 limited by relatively high electron-hole recombination caused by excessive carrier drift (ie, migration) through a wide depletion region surrounding the pn junction. Based on these considerations can be a boundary layer 110a with a thickness ranging from about 500 Å to about 2000 Å, promotes a high degree of light collection efficiency by reducing the electron-hole recombination therein for the given semiconductor material.
Die
Antireflexionsschicht 131, die auf der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 abgeschieden
sein kann, kann eine Dicke von etwa λ/4 besitzen, um die
Lichtabsorptionseffizienz zu erhöhen, wobei λ eine
Wellenlänge des gewünschten Lichts ist, das während
des Betriebs der Solarzelle auf die Lichtsammeloberfläche
einfallen soll. Darüber hinaus kann die Antireflexionsschicht 131 als
eine Mehrfachschichtstruktur ausgebildet sein, wie z. B. als eine
Schicht, die eine Siliziumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht
enthält. Zusätzlich, um die Lichtsammeleffizienz
der Solarzelle zu erhöhen, kann die Antireflexionsschicht 131 außerdem
als Schutz wirken und eine elektrische Passivierung der darunterliegenden
Lichtsammeloberfläche der Solarzelle bereitstellen.The antireflection coating 131 on the semiconductor layer of the second conductivity type 120 may have a thickness of about λ / 4 in order to increase the light absorption efficiency, where λ is a wavelength of the desired light to be incident on the light collecting surface during operation of the solar cell. In addition, the antireflection coating 131 be formed as a multi-layer structure, such. As a layer containing a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. In addition, to increase the light collection efficiency of the solar cell, the antireflection layer may 131 also act as a protection and provide an electrical passivation of the underlying light-collecting surface of the solar cell.
Weiterhin
Bezug nehmend auf 2 kann die Lichtsammeloberfläche,
die als eine Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 und der Antireflexionsschicht 131 dargestellt
ist, derart ausgebildet sein, dass sie ein ungleichförmiges
Oberflächenprofil mit lokalen Spitzen und Tälern
darin aufweist. Dieses ungleichförmige Oberflächenprofil
kann sich widerspiegeln in der Mehrzahl von voneinander beabstandeten
pyramidenförmigen Vorsprüngen, die in der Oberfläche
der Antireflexionsschicht 131 dargestellt sind. Insbesondere
kann der nicht gleichrichtende Heteroübergang zwischen
der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 und
der Grenzschicht 110a ein unebenes Übergangsprofil
besitzen, und kann die Lichtsammeloberfläche ein ungleichförmiges
Oberflächenprofil besitzen, das näherungsweise
dem unebenen Übergangsprofil des nicht gleichrichtenden Heteroübergangs
entspricht. Darüber hinaus kann der nicht gleichrichtende
Heteroübergang ein erstes unebenes Übergangsprofil
besitzen, und kann der gleichrichtende Übergang zwischen
der Grenzschicht 110a und dem Basisbereich 110b ein
zweites unebenes Übergangsprofil besitzen, das näherungsweise
einer Form des ersten unebenen Übergangsprofils entspricht.Still referring to 2 For example, the light-collecting surface serving as an interface between the second-conductivity-type semiconductor layer 120 and the antireflection layer 131 is shown to be formed to have a non-uniform surface profile with local peaks and valleys therein. This non-uniform surface profile may be reflected in the plurality of spaced-apart pyramidal protrusions formed in the surface of the antireflective layer 131 are shown. In particular, the non-rectifying heterojunction may exist between the second conductivity type semiconductor layer 120 and the boundary layer 110a have an uneven transition profile, and the light-gathering surface may have a nonuniform surface profile that approximates the uneven transition profile of the non-rectifying heterojunction. Moreover, the non-rectifying heterojunction may have a first uneven transition profile and may be the rectifying junction between the interface 110a and the base area 110b have a second uneven transitional profile, approximately the shape of the first uneven transition profile corresponds.
Die
Solarzelle aus 1 enthält weiter ein Paar
von Elektroden, die auf der Lichtsammeloberfläche angeordnet
sind. Dieses Paar von Elektroden ist als eine erste Elektrode 141,
die elektrisch mit dem Basisbereich 110b verbunden ist,
und eine zweite Elektrode 143, die elektrisch mit der Halbleiterschicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp 120 verbunden ist, dargestellt.
Diese Elektroden können streifenförmige Elektroden
mit einer relativ geringen Breiten sein, die den Abschattungsverlust
an der Lichtsammeloberfläche verringern. Die erste und
die zweite Elektrode 141 und 143 können
ausgebildet sein aus zumindest einem Metall, das aus einer Gruppe
bestehend aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Wolfram (W),
Titan (Ti), Titannitrid (TiN) und Wolframnitrid (WN) ausgewählt
ist. Die Elektroden 141 und 143 können
außerdem Metallsilizidschichten und/oder Mehrfachschichtleiter
wie z. B. Ti/TiN/Al oder Ti/TiN/W enthalten.The solar cell off 1 further includes a pair of electrodes disposed on the light-collecting surface. This pair of electrodes is as a first electrode 141 that is electrically connected to the base area 110b is connected, and a second electrode 143 electrically connected to the semiconductor layer of the second conductivity type 120 is connected shown. These electrodes may be strip-shaped electrodes having a relatively narrow width, which reduce the shading loss at the light-collecting surface. The first and second electrodes 141 and 143 may be formed of at least one metal selected from a group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN) and tungsten nitride (WN) , The electrodes 141 and 143 In addition, metal silicide layers and / or multilayer conductors such. As Ti / TiN / Al or Ti / TiN / W.
Ein
Graben 116 ist außerdem vorgesehen, der sich durch
die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 120 und
in den Basisbereich 11% hinein erstreckt. Wie genauer weiter unten
beschrieben ist, kann der Graben 116 gebildet sein aus
einem oberen streifenförmigen Graben 113 und einem
unteren streifenförmigen Graben 114, der sich
durch einen Boden des oberen Grabens 113 erstreckt. Der
untere Graben 114 kann eine Breite in einem Bereich von
z. B. etwa 0,3 μm bis etwa 1 μm besitzen und eine
streifenförmige oder ähnliche Form haben, die
sich über das Substrat erstreckt. Die Seitenwände
des oberen Grabens 113 können mit elektrisch isolierenden
Seitenwand-Abstandshaltern 115 ausgerichtet sein, die z.
B. als Oxid- und/oder Nitrid-Isolierschichten ausgebildet sind.
Diese Seitenwand-Abstandshalter 115 isolieren die erste
Elektrode 141 elektrisch von der Halbleiterschicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp 120. Darüber
hinaus kann ein relativ hoch dotierter Störstellenbereich 117 vom
ersten Leitfähigkeitstyp in den Seitenwänden und
dem Boden des unteren Grabens 114 ausgebildet sein zum
Verringern der Serienwiderstände zwischen dem Basisbereich 110b und der
ersten Elektrode 141 innerhalb des unteren Grabens 114.
Dieser Störstellenbereich 117 kann eine Dicke
von z. B. etwa 0,3 μm haben. Ein relativ flacher Graben/eine
relativ flache Vertiefung 118 kann außerdem innerhalb
der Halbleiterschicht 120 ausgebildet sein und mit der
zweiten Elektrode 143 wie dargestellt gefüllt
sein.A ditch 116 is also provided, which extends through the semiconductor layer of the second conductivity type 120 and extends into the base region 11%. As described in more detail below, the trench can 116 be formed from an upper strip-shaped trench 113 and a lower strip-shaped trench 114 passing through a floor of the upper ditch 113 extends. The lower ditch 114 can be a width in a range of z. B. about 0.3 microns to about 1 micron and have a strip-shaped or similar shape that extends over the substrate. The side walls of the upper trench 113 can with electrically insulating sidewall spacers 115 be aligned, the z. B. are formed as oxide and / or nitride insulating layers. These sidewall spacers 115 isolate the first electrode 141 electrically from the semiconductor layer of the second conductivity type 120 , In addition, a relatively highly doped impurity region 117 of the first conductivity type in the sidewalls and bottom of the lower trench 114 be designed to reduce the series resistance between the base region 110b and the first electrode 141 within the lower trench 114 , This impurity area 117 can be a thickness of z. B. about 0.3 microns. A relatively shallow trench / shallow pit 118 may also be within the semiconductor layer 120 be formed and with the second electrode 143 be filled as shown.
3 bis 9 stellen
zusätzliche Ausführungsformen der Erfindung dar,
welche Verfahren zum Herstellen der Solarzellen aus 1 und 2 enthalten.
Wie in 3 dargestellt, können diese Verfahren
den optionalen Schritt des Bildens eines Rückseitenfeld(BSF,
engl. back surface field)-Bereichs 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp
(z. B. p-leitend) in einem Halbleitersubstrat 110 vom ersten
Leitfähigkeitstyp (z. B. p-leitender Wafer) durch Implantieren
eines Dotierstoffes des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B.
Bor, B) in gegenüberliegende Vorder- und Rückseiten
des Substrats 110 und durch anschließendes thermisches
Behandeln des Substrates 110, um dadurch den implantierten
Do tierstoff einzutreiben, enthalten. Danach kann wie in 4 dargestellt die
Vorderseite des Substrates 110 uneben gemacht werden durch
Erzeugen einer Vielzahl von Spitzen und Tälern darin. Diese
Spitzen in der Vorderseite sind so dargestellt, dass sie eine Pyramiden-
oder ähnliche Struktur 112 aufweisen, und können
gebildet werden unter Verwendung von herkömmlichen Techniken
wie z. B. Plasmaätzen, mechanischem Ritzen, Fotolithografie
und chemischem Ätzen. Z. B. kann eine Oxidschicht (nicht
dargestellt) gebildet werden als Opferschicht auf der Vorderseite
des Substrats 110 und dann fotolithografisch gemustert
werden unter Verwendung einer gemusterten Fotoresistschicht (nicht
dargestellt) als eine Ätzmaske. Die vorderseitige Oberfläche
des Substrates 110 kann dann geätzt werden unter
Verwendung der gemusterten Opferschicht als eine Ätzmaske.
Während dieses Verfahrens wird ein BSF-Bereich 111 auf
der Vorderseite des Substrates 110 typischerweise entfernt. 3 to 9 illustrate additional embodiments of the invention, which method for producing the solar cell 1 and 2 contain. As in 3 As shown, these methods may include the optional step of forming a back surface field (BSF) 111 of the first conductivity type (eg, p-type) in a semiconductor substrate 110 of the first conductivity type (eg, p-type wafer) by implanting a dopant of the first conductivity type (eg, boron, B) into opposite front and back sides of the substrate 110 and by subsequent thermal treatment of the substrate 110 to thereby drive in the implanted animal substance. After that, as in 4 illustrated the front of the substrate 110 made uneven by creating a variety of peaks and valleys therein. These tips in the front are depicted as having a pyramidal or similar structure 112 can be formed using conventional techniques such as. As plasma etching, mechanical scribing, photolithography and chemical etching. For example, an oxide layer (not shown) may be formed as a sacrificial layer on the front side of the substrate 110 and then photolithographically patterned using a patterned photoresist layer (not shown) as an etch mask. The front surface of the substrate 110 can then be etched using the patterned sacrificial layer as an etch mask. During this process will be a BSF area 111 on the front of the substrate 110 typically removed.
Bezug
nehmend auf 5 wird eine amorphe Halbleiterschicht 120 auf
der unebenen Vorderseite des Substrates 110 gebildet. Diese
amorphe Halbleiterschicht 120 kann eine hochdotierte (z.
B. in-situ dotierte) Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (z.
B. n-leitend) sein. Insbesondere kann die Dotierkonzentration des
zweiten Leitfähigkeitstyps in der amorphen Halbleiterschicht 120 in
einem Bereich von etwa 1 × 1019/cm3 bis etwa 1 × 1021/cm3 sein. Die amorphe Halbleiterschicht 120,
die eine Dicke in einem Bereich von etwa mehreren 100 Å bis
etwa 1000 Å und typischerweise etwa 600 Å haben
kann, kann abgeschieden werden unter Verwendung verschiedener Techniken.
Diese Techniken beinhalten plasmaunterstützte chemische
Gasphasenabscheidung (PECVD, engl. plasma enhanced chemical vapour deposition)
oder Niederdruck-CVD unter Verwendung von Silan und Wasserstoffgas
enthalten. Insbesondere kann eine in-situ dotierte amorphe Halbleiterschicht 120 gebildet
werden durch chemische Gasphasenabscheidung unter Verwendung von
Silan (SiH4), Phosphin (PH4)
und Wasserstoffgas.Referring to 5 becomes an amorphous semiconductor layer 120 on the uneven front of the substrate 110 educated. This amorphous semiconductor layer 120 may be a highly doped (eg, in-situ doped) layer of the second conductivity type (eg, n-type). In particular, the doping concentration of the second conductivity type in the amorphous semiconductor layer 120 in the range of about 1 × 10 19 / cm 3 to about 1 × 10 21 / cm 3 . The amorphous semiconductor layer 120 , which may have a thickness in a range of about several 100 Å to about 1000 Å, and typically about 600 Å, may be deposited using various techniques. These techniques include plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or low pressure CVD using silane and hydrogen gas. In particular, an in situ doped amorphous semiconductor layer 120 are formed by chemical vapor deposition using silane (SiH 4 ), phosphine (PH 4 ) and hydrogen gas.
Weiterhin
Bezug nehmend auf 5 wird eine Grenzschicht 110a vom
zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet durch Diffundieren von
Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps von der amorphen
Halbleiterschicht 120 in das Substrat 110, um
dadurch eine Grenzschicht 110a zu definieren, die einen
gleichrichtenden pn-Übergang mit einem Basisbereich 110b vom
ersten Leitfähigkeitstyp bildet. Diese Diffusion von Dotierstoff
des zweiten Leitfähigkeitstyps kann durchgeführt
werden durch Tempern des Substrates 110. Um die Solarzelleneffizienz
durch Verringern unerwünschter Elektronen-Loch-Rekombination
in der Nähe des gleichrichtenden pn-Übergangs zu
erhöhen, kann das Tempern bei einer ausreichenden Temperatur
und für eine ausreichende Zeitdauer durchgeführt
werden, derart, dass eine Grenzschicht 110a mit einer Dicke
in einem Bereich von etwa 500 Å bis etwa 2000 Å erzielt
wird. Gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Unebenheit der Oberfläche der amorphen
Halbleiterschicht 120 wieder erhöht werden durch
Wachsen einer HSG(halbkugelförmige Siliziumkörnung,
engl. hemispherical silicon grain)-Schicht auf der amorphen Halbleiterschicht 120,
um dadurch die Lichtsammeleffizienz der Solarzelle zu erhöhen.
Alternativ kann eine elektrisch leitfähige und optisch
transparente Schicht (z. B. eine ZnO-Schicht) mit einer rauen Oberflächenstruktur
auf der amorphen Halbleiterschicht 120 abgeschieden werden.Still referring to 5 becomes a boundary layer 110a of the second conductivity type formed by diffusing dopant of the second conductivity type from the amorphous semiconductor layer 120 in the substrate 110 to thereby form a boundary layer 110a to define a rectifying pn junction with a base region 110b of the first conductivity type. This diffusion of dopant of the second conductivity type can be carried out by annealing the Subst rates 110 , In order to increase the solar cell efficiency by reducing unwanted electron-hole recombination in the vicinity of the rectifying pn junction, the annealing may be performed at a sufficient temperature and for a sufficient period of time such that a barrier layer 110a with a thickness in a range of about 500 Å to about 2000 Å. According to some embodiments of the invention, the unevenness of the surface of the amorphous semiconductor layer 120 be increased again by growing a HSG (hemispherical silicon grain) layer on the amorphous semiconductor layer 120 to thereby increase the light collecting efficiency of the solar cell. Alternatively, an electrically conductive and optically transparent layer (eg, a ZnO layer) having a rough surface structure may be formed on the amorphous semiconductor layer 120 be deposited.
Wie
in 6 und 7 dargestellt, wird dann eine
Antireflexionsschicht 131 auf der amorphen Halbleiterschicht 120 gebildet.
Diese Antireflexionsschicht 131 kann gebildet werden durch
Abscheiden einer oder mehrer elektrisch isolierender Schichten (z.
B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid) auf einer oberen Oberfläche
der amorphen Halbleiterschicht 120 unter Verwendung herkömmlicher
Abscheidungstechniken wie z. B. plasmaunterstützte chemische
Gasphasenabscheidung (PECVD). Um die Lichtabsorptionseffizienz zu
erhöhen, kann die Antireflexionsschicht 131 eine
Dicke von etwa λ/4 aufweisen, wobei λ eine Wellenlänge
des gewünschten Lichts ist, das während des Betriebs
der Solarzelle auf die Lichtsammeloberfläche einfallen
soll. Ein fotolithografisch definierter Ätzschritt (z.
B. Trockenätzen) kann dann durchgeführt werden
zum Definieren eines relativ schmalen streifenförmigen
ersten Grabens 113, der sich durch die amorphe Halbleiterschicht 120 und
die Grenzschicht 110a in den Basisbereich 110b hinein
erstreckt. Gemäß einigen dieser Ausführungsformen
der Erfindung kann der streifenförmige erste Graben 113 eine
Breite von etwa 1 μm oder weniger haben. Z. B. kann der
streifenförmige Graben eine Breite von etwa 0,3 μm
aufweisen.As in 6 and 7 then becomes an antireflection layer 131 on the amorphous semiconductor layer 120 educated. This antireflection coating 131 can be formed by depositing one or more electrically insulating layers (eg, silicon dioxide, silicon nitride) on an upper surface of the amorphous semiconductor layer 120 using conventional deposition techniques such. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). To increase the light absorption efficiency, the antireflection coating may 131 have a thickness of about λ / 4, where λ is a wavelength of the desired light to be incident on the light collecting surface during operation of the solar cell. A photolithographically defined etching step (eg dry etching) may then be performed to define a relatively narrow strip-shaped first trench 113 passing through the amorphous semiconductor layer 120 and the boundary layer 110a in the base area 110b extends into it. According to some of these embodiments of the invention, the strip-shaped first trench 113 have a width of about 1 micron or less. For example, the strip-shaped trench may have a width of about 0.3 μm.
Seitenwandisolier-Abstandshalter 115 werden
an den Seitenwänden des ersten Grabens 113 gebildet.
Diese Seitenwandisolier-Abstandshalter 115 können
gebildet werden als eine Siliziumdioxidschicht oder eine Siliziumnitridschicht
oder als ein Verbund von mehreren Isolierschichten. Die Seitenwandisolier-Abstandshalter 115 können
gebildet werden durch konformes Abscheiden einer elektrisch isolierenden
Schicht in den ersten Graben 113 und dann isotropes Rückätzen
der abgeschiedenen Schicht bis ein Boden des ersten Grabens 113 freigelegt
ist. Dieser Schritt des konformen Abscheidens einer elektrisch isolierenden
Schicht kann das Abscheiden einer Schutzisolierschicht 132 auf
einer Bodenfläche des Substrates 110 enthalten.Seitenwandisolier spacer 115 be on the sidewalls of the first trench 113 educated. These sidewall insulating spacers 115 may be formed as a silicon dioxide layer or a silicon nitride layer or as a composite of multiple insulating layers. The sidewall insulating spacers 115 may be formed by conformally depositing an electrically insulating layer in the first trench 113 and then isotropically back etching the deposited layer to a bottom of the first trench 113 is exposed. This step of conformally depositing an electrically insulating layer may include depositing a protective insulating layer 132 on a bottom surface of the substrate 110 contain.
Bezug
nehmend nun auf 8 wird ein Boden des ersten
Grabens 113 weiter geätzt unter Verwendung einer
ersten Maske (nicht dargestellt) und der Seitenwandisolier-Abstandshalter 115 als
eine Ätzmaske. Dieser Ätzschritt führt
zu der Bildung eines Verlängerungsgrabens 114,
der sich im Wesentlichen in den Basisbereich 110b hinein
erstrecken kann. Der erste Graben und der Verlängerungsgraben 114 bilden
zusammen einen mehrstufigen Graben 116 mit oberen Seitenwänden,
die durch die Seitenwandisolier-Abstandshalter 115 bedeckt
sind. Dem Schritt des Bildens des Verlängerungsgrabens 114 kann
ein Schritt zum Bilden eines relativ hoch dotierten Störstellenbereichs 117 durch
selektives Implantieren eines Dotierstoffs des ersten Leitfähigkeitstyps
(z. B. p-leitenden Dotierstoffs) in einen Boden und in Seitenwände
des Verlängerungsgrabens 114 folgen. Danach wird
wie in 9 dargestellt ein selektiver Ätzschritt
durchgeführt zum Ätzen eines relativ flachen zweiten
Grabens 118, der sich durch die Antireflexionsschicht 131 und
in die amorphe Siliziumschicht 120 hinein erstreckt. Dieser
zweite Graben 118 wird derart gebildet, dass er flacher
als der gleichrichtende pn-Übergang ist. Der mehrstufige Graben 116 und
der zweite Graben 118 werden dann mit der ersten Elektrode 141 bzw.
mit der zweiten Elektrode 143 wie in 1 dargestellt
gefüllt. Diese erste Elektrode 141 und diese zweite
Elektrode 143 können durch Abscheiden und anschließendes
Mustern einer Metallschicht gebildet werden. Die Metallschicht kann
aus zumindest einem Metall gebildet werden, das aus einer Gruppe
bestehend aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Wolfram
(W), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN) und Siliziden
dieser Metalle ausgewählt wird. Insbesondere kann die Metallschicht
gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eine Ti/TiN/Al- oder Ti/TiN/W-Schicht sein. Der Bildung
dieser ersten Elektrode 141 und dieser zweiten Elektrode 143 kann ein
Schritt zum Tempern der Elektroden in einer Wasserstoff enthaltenden
Umgebung folgen. Dieses Wasserstofftempern kann zum Aktivieren von
n-leitendem Dotierstoff innerhalb des Substrates und dadurch zum
Verbessern der Elektronenmobilität beitragen und außerdem
Defekte in einer Oberfläche des Substrates heilen und dadurch
Leckströme während des Betriebs verringern.Referring now to 8th becomes a bottom of the first trench 113 further etched using a first mask (not shown) and the sidewall insulating spacers 115 as an etching mask. This etching step results in the formation of an extension trench 114 which is essentially in the base area 110b can extend into it. The first ditch and the extension ditch 114 together form a multi-level ditch 116 with upper sidewalls passing through the sidewall insulating spacers 115 are covered. The step of forming the extension trench 114 may be a step of forming a relatively highly doped impurity region 117 by selectively implanting a dopant of the first conductivity type (eg, p-type dopant) into a bottom and sidewalls of the extension trench 114 consequences. After that, as in 9 illustrated a selective etching step performed to etch a relatively shallow second trench 118 that goes through the antireflection coating 131 and in the amorphous silicon layer 120 extends into it. This second ditch 118 is formed to be shallower than the rectifying pn junction. The multi-level ditch 116 and the second ditch 118 then be with the first electrode 141 or with the second electrode 143 as in 1 shown filled. This first electrode 141 and this second electrode 143 can be formed by depositing and then patterning a metal layer. The metal layer may be formed of at least one metal selected from a group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN). and silicides of these metals is selected. In particular, the metal layer according to some embodiments of the present invention may be a Ti / TiN / Al or Ti / TiN / W layer. The formation of this first electrode 141 and this second electrode 143 For example, a step of annealing the electrodes in a hydrogen-containing environment may follow. This hydrogen annealing may help to activate n-type dopant within the substrate and thereby enhance electron mobility, as well as heal defects in a surface of the substrate and thereby reduce leakage currents during operation.
Bezug
nehmend auf 10A, 10B und 11 werden
Solarzellen gemäß zusätzlichen Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt als in einem Halbleitersubstrat 1110 (z.
B. einem einkristallinen Halbleiterwafer, z. B. einem Siliziumwafer)
ausgebildet, der darin einen Basisbereich 1111 vom ersten
Leitfähigkeitstyp (z. B. p-leitend) aufweist. Wie durch
Bereich „A” in den 10B und 11 hervorgehoben,
kann dieses Substrat 1110 eine texturierte Oberfläche
aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass sie die Lichtsammeleffizienz
der Solarzelle durch Verringern der Reflektion des einfallenden Lichts
weg von einer oberen Lichtsammeloberfläche des Substrates 1110 erhöht.
Ein gleichrichtender pn-Übergang mit einem unebenen Profil
ist vorgesehen zwischen einer Grenzschicht 1113 vom zweiten Leitfähigkeitstyp
(z. B. n-leitend) und dem Basisbereich 1111. Diese Grenzschicht 1113,
die netto eine n-Typ-Dotierkonzentration in einem Bereich von etwa 1 × 1019 cm–3 bis
etwa 1 × 1021 cm–3 aufweisen
kann, kann innerhalb des Basisbereichs 1111 gebildet werden
durch Diffundieren von Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps
(z. B. Phosphor, P) von einer relativ hoch dotierten Halbleiterschicht 1114 (z.
B. einer amorphen n+-Siliziumschicht). Die
Dicke der Grenzschicht 1113 kann derart ausgewählt
werden, dass die Solarzelleneffizienz erhöht wird durch
Verringern unerwünschter Elektronen-Loch-Rekombination
in der Nähe des pn-Übergangs.Referring to 10A . 10B and 11 Solar cells are shown according to additional embodiments of the invention as in a semiconductor substrate 1110 (eg, a single-crystal semiconductor wafer, eg, a silicon wafer) formed therein with a base region 1111 of the first conductivity type (eg p-type). As by area "A" in the 10B and 11 highlighted, this substrate can 1110 have a textured surface formed in such a way that it reduces the light-collecting efficiency of the solar cell by reducing the reflection of the incident light away from an upper light-collecting surface of the substrate 1110 elevated. A rectifying pn junction with an uneven profile is provided between a boundary layer 1113 of the second conductivity type (eg n-type) and the base region 1111 , This boundary layer 1113 which may have a net n-type doping concentration in a range of about 1 × 10 19 cm -3 to about 1 × 10 21 cm -3 may be within the base region 1111 are formed by diffusing dopant of the second conductivity type (eg, phosphorus, P) from a relatively highly doped semiconductor layer 1114 (eg, an amorphous n + silicon layer). The thickness of the boundary layer 1113 can be selected such that the solar cell efficiency is increased by reducing unwanted electron-hole recombination in the vicinity of the pn junction.
Obwohl
es nicht gewünscht ist, an irgendeine Theorie gebunden
zu sein, kann eine nicht ausreichend dicke Grenzschicht 1113 mit
einem relativ hohen Grad an Elektronen-Loch-Rekombination verbunden
sein, die durch Grenzflächendefekte an einem Heteroübergang
zwischen der Grenzschicht 1113 und der Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 verursacht
werden. Andererseits kann eine zu dicke Grenzschicht 1113 beschränkt
sein durch relativ hohe Elektronen-Loch-Rekombination, die verursacht
wird durch übermäßige Ladungsträgerdrift
(d. h. -Wanderung) über einen weiten Verarmungsbereich,
der den pn-Übergang umgibt. Auf der Grundlage dieser Überlegungen
kann eine Grenzschicht 1113 mit einer Dicke in einem Bereich
von etwa 500 Å bis etwa 2000 Å einen hohen Grad
an Lichtsammeleffizienz aufrechterhalten durch Verringern der Elektronen-Loch-Rekombination.Although not wishing to be bound by any theory, an insufficiently thick interface may be used 1113 associated with a relatively high degree of electron-hole recombination caused by interfacial defects at a heterojunction between the boundary layer 1113 and the second conductivity type semiconductor layer 1114 caused. On the other hand, too thick a boundary layer 1113 limited by relatively high electron-hole recombination caused by excessive charge carrier drift (ie, migration) over a wide depletion region surrounding the pn junction. On the basis of these considerations can be a boundary layer 1113 having a thickness in a range from about 500 Å to about 2000 Å, maintains a high degree of light collection efficiency by reducing electron-hole recombination.
Darüber
hinaus kann der Heteroübergang zwischen der Grenzschicht 1113 und
der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 gegenüber
einem Homoübergang in vorteilhafter Art und Weise eine
höhere Lichtsammeleffizienz unterstützen durch
Erweitern eines Bereichs von Wellenlängen, der eingefangen
werden kann, um dadurch Elektronen-Loch-Paare benachbart zu dem
pn-Übergang zu erzeugen. Die 10A, 10B und 11 zeigen
weiter die Verwendung einer Antireflexionsschicht 1141 auf
der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114.
Wie weiter oben beschrieben, kann diese Antireflexionsschicht 1141 eine
Dicke aufweisen, die proportional zu einer Wellenlänge
des einfallenden Lichts ist. Z. B. kann die Antireflexionsschicht 1141 eine
Dicke von etwa λ/4 besitzen, um die Lichtabsorptionseffizienz
zu erhöhen, wobei λ eine Wellenlänge
des gewünschten Lichts ist, das auf eine Lichtsammeloberfläche
der Solarzelle einfallen soll. Diese Antireflexionsschicht 1141,
die als eine Siliziumoxidschicht, eine Siliziumnitridschicht oder
eine Mehrfachschicht davon ausgebildet sein kann, kann außerdem
elektrische und physikalische Passivierung sowie Schutz für
die Solarzelle darstellen.In addition, the heterojunction between the boundary layer 1113 and the second conductivity type semiconductor layer 1114 Advantageously, for a homojunction, favorably promote higher light collection efficiency by extending a range of wavelengths that can be captured to thereby create electron-hole pairs adjacent to the pn junction. The 10A . 10B and 11 further show the use of an antireflection coating 1141 on the semiconductor layer of the second conductivity type 1114 , As described above, this antireflection coating 1141 have a thickness that is proportional to a wavelength of the incident light. For example, the antireflection coating 1141 have a thickness of about λ / 4 to increase the light absorption efficiency, where λ is a wavelength of the desired light to be incident on a light-collecting surface of the solar cell. This antireflection coating 1141 Also, which may be formed as a silicon oxide layer, a silicon nitride layer or a multi-layer thereof, may constitute electrical and physical passivation as well as protection for the solar cell.
Ein
Graben 1120, der ein zwei-dimensionales Array von kreuz
und quer verlaufenden Gräben 1121 und 1123 sowie
einen äußeren ringförmigen „Rand”-Graben 1125 enthalten
kann, ist in dem Substrat 1110 ausgebildet. Wie in 10B gezeigt, die eine Querschnittsansicht der
Solarzelle aus 10A entlang der Linie I-I' darstellt,
erstreckt sich der Graben 1120 vollständig durch
die Antireflexionsschicht 1141, die Halbleiterschicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 und die Grenzschicht 1113.
Die Gräben 1121 und 1123 können
Breiten „W” von etwa 1 μm oder weniger
(z. B. 0,3 μm) aufweisen, um Abschattungsverluste des einfallenden
Lichtes zu verringern, aber der „Rand”-Graben 1125 kann
ausreichend breiter sein (siehe z. B. „Wa” > „W”),
um Kontaktierungen und Drahtbonden mit geringern Widerstand zu ermöglichen.
Die Gräben 1121 und 1123 sollten beträchtlich
tiefer sein als der gleichrichtende pn-Übergang zwischen
der Grenzschicht 1113 und dem Basisbereich 1111,
so dass Kontakte mit ausreichend ge ringem Widerstand zwischen Grabenelektroden 1131, 1131a und
dem Basisbereich 1111 ausgebildet werden können.A ditch 1120 , which is a two-dimensional array of criss-crossing trenches 1121 and 1123 and an outer annular "edge" trench 1125 may be in the substrate 1110 educated. As in 10B shown a cross-sectional view of the solar cell 10A along the line II ', the trench extends 1120 completely through the antireflection coating 1141 , the second conductivity type semiconductor layer 1114 and the boundary layer 1113 , The trenches 1121 and 1123 For example, widths "W" of about 1 μm or less (eg, 0.3 μm) may be used to reduce shading loss of incident light, but the "edge" trench 1125 can be sufficiently wider (see, for example, "Wa">"W") to allow for contact and wire bonding with less resistance. The trenches 1121 and 1123 should be considerably deeper than the rectifying pn junction between the boundary layer 1113 and the base area 1111 so that contacts with sufficiently low resistance between trench electrodes 1131 . 1131a and the base area 1111 can be trained.
Wie
am besten in 10B zu sehen, können Störstellenbereiche 1115 vom
ersten Leitfähigkeitstyp an dem Boden und an unteren Seitenwänden des
Grabens 1120 vorgesehen sein, wobei eine Kombination von
lokaler Implantations- und Dotierstoff-Eintreib-Technik verwendet
wird. Die Störstellenbereiche 1115 besitzen typischerweise
eine Dotierkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps,
die eine Dotierkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps
in dem Basisbereich 1111 übersteigt. Wie für den
Fachmann verständlich, kann der Störstellenbereich 1115 als
ein Rückseitenfeld(BSF)-Bereich fungieren, der die Stromsammlung
von dem Basisbereich 1111 verstärkt. Die 10A und 10B stellen
die Verwendung von ersten und zweiten Elektroden auf einer Vorderseite
(d. h. Lichtsammeloberfläche) der Solarzelle dar. Die erste
Elektrode 1131, 1131a ist so dargestellt, dass
sie sich an einen Boden des Grabens 1120 angrenzend erstreckt,
in ohmschen Kontakt mit den Störstellenbereichen 1115 und/oder
dem Basisbereich 1111. Eine elektrische Isolierschicht 1135 (z.
B. Siliziumdioxid) ist auf der ersten Elektrode 1131, 1131a innerhalb
des Grabens 1120 vorgesehen, und die zweite Elektrode 1133, 1133a ist
auf der elektrisch isolierenden Schicht 1135 vorgesehen,
wie dargestellt ist. Die zweite Elektrode 1133, 1133a kann
in ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 ausgebildet
sein und kann sich auf eine Oberseite der Antireflexionsschicht 1141 erstrecken.
Eine Breite W2 der zweiten Elektrode 1133 kann größer
sein als eine Breite „W” der Gräben 1121, 1123.
Die elektrisch isolierende Schicht 1135 kann eine Oberseite
unter einer Grenzfläche zwischen der Grenzschicht 1113 und
der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 besitzen,
wie dargestellt ist.How best in 10B you can see impurity areas 1115 of the first conductivity type at the bottom and at lower sidewalls of the trench 1120 be provided using a combination of local implantation and dopant driving technique. The impurity areas 1115 typically have a doping concentration of the first conductivity type that has a doping concentration of the first conductivity type in the base region 1111 exceeds. As will be understood by those skilled in the art, the impurity range can 1115 function as a backfield (BSF) area, which is the current collection from the base area 1111 strengthened. The 10A and 10B illustrate the use of first and second electrodes on a front side (ie light-collecting surface) of the solar cell. The first electrode 1131 . 1131a is depicted as being at a bottom of the trench 1120 adjacent, in ohmic contact with the impurity regions 1115 and / or the base area 1111 , An electrical insulating layer 1135 (eg silicon dioxide) is on the first electrode 1131 . 1131a within the trench 1120 provided, and the second electrode 1133 . 1133a is on the electrically insulating layer 1135 provided as shown. The second electrode 1133 . 1133a can be in ohmic contact with the semiconductor layer of the second conductivity type 1114 may be formed and may be on top of the antireflection coating 1141 extend. A width W2 of the second electrode 1133 can be bigger than a width "W" of the trenches 1121 . 1123 , The electrically insulating layer 1135 can be an upper surface under an interface between the boundary layer 1113 and the second conductivity type semiconductor layer 1114 own, as shown.
Ein
elektrischer Kontakt kann hergestellt werden (z. B. durch Drahtbonden)
mit der ersten Elektrode 1131a angrenzend an einen Umfang
des Halbleitersubstrates 1110 an der Randöffnung 1119, und
mit der zweiten Elektrode 1133a, die sich in bogenförmigen
Segmenten um den Umfang wie in 10A dargestellt
erstreckt. Insbesondere können bogenförmige Öffnungen
innerhalb der zweiten Elektrode 1133a und der da runterliegenden
elektrisch isolierenden Schicht 1135 ausgebildet sein,
um dadurch eine Oberseite der ersten Elektrode 1131a angrenzend
an einen Boden des ringförmigen „Rand”-Grabens 1125 freizulegen.An electrical contact may be made (eg, by wire bonding) with the first electrode 1131a adjacent to a periphery of the semiconductor substrate 1110 at the edge opening 1119 , and with the second electrode 1133a extending in arcuate segments around the circumference as in 10A shown extends. In particular, arcuate openings can be made within the second electrode 1133a and the underlying electrically insulating layer 1135 be formed to thereby a top of the first electrode 1131a adjacent a bottom of the annular "edge" trench 1125 expose.
Gemäß einigen
Ausführungsformen der Erfindung können die erste
Elektrode 1131, 1131a und die zweite Elektrode 1133, 1133a aus
einem Material ausgebildet werden, das aus einer Gruppe bestehend
aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Wolfram (W), Titan
(Ti), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN) und Metallsiliziden
sowie Kombinationen dieser elektrisch leitenden Materialien. Z.
B. können bei einigen Ausführungsformen der Erfindung
die erste Elektrode 1131, 1131a und die zweite
Elektrode 1133, 1133a ausgebildet werden als ein
Verbund aus Ti/TiN/Al oder Ti/TiN/W. Alternativ kann die erste Elektrode 1131, 1131a als
eine p-leitende Halbleiterelektrode ausgebildet sein und kann die
zweite Elektrode 1133, 1133a als eine n-leitende
Halbleiterelektrode ausgebildet sein.According to some embodiments of the invention, the first electrode 1131 . 1131a and the second electrode 1133 . 1133a be formed of a material selected from a group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN) and metal silicides and combinations these electrically conductive materials. For example, in some embodiments of the invention, the first electrode 1131 . 1131a and the second electrode 1133 . 1133a be formed as a composite of Ti / TiN / Al or Ti / TiN / W. Alternatively, the first electrode 1131 . 1131a may be formed as a p-type semiconductor electrode and may be the second electrode 1133 . 1133a be formed as an n-type semiconductor electrode.
Solarzellen
gemäß weiterer Ausführungsformen der
Erfindung sind in 12A bis 12C dargestellt.
Insbesondere ist die Ausführungsform der Solarzelle aus 12A und 12B ähnlich
der Ausführungsform der Solarzelle aus 10A und 10B,
jedoch ist eine Anordnung der Antireflexionsschicht 1141 relativ
zu der zweiten Elektrode 1133 in 10A und 10B abgeändert. Insbesondere kann die
Antireflexionsschicht 1141, wie in 12A und 12B dargestellt, als eine Deckschicht zum Abdecken
von Abschnitten der zweiten Elektrode 1133 (und der Grenzschicht 1113),
die innerhalb des äußeren Rands des Substrates 1110 angeordnet
sind, ausgebildet sein. Alternativ stellt 12C eine
Ausführungsform der Erfindung dar, die eine optisch transparente,
elektrisch leitfähige Schicht 1137 zwischen der
Antireflexionsschicht 1141 und der Grenzschicht 1113 vorsieht.
Bei dieser Ausführungsform ist die zweite Elektrode 1133 derart gemustert,
dass sie sich direkt auf einer oberen Oberfläche der optisch
transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 1137 erstreckt.
Auf diese Art und Weise kann die optisch transparente, elektrisch
leitfähige Schicht 1137 eine Schicht mit geringem
Widerstand darstellen, um eine einheitliche Verteilung des Stroms
zu ermöglichen, der zwischen der zweiten Elektrode 1133 und
der Grenzschicht 1113 (über die Halbleiterschicht
vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114, nicht dargestellt)
fließt. Die optisch transparente, elektrisch leitfähige
Schicht 1137 kann ausgebildet sein als eine Indiumzinnoxid(ITO)-Schicht
oder eine Zinkoxid(ZnO)-Schicht, jedoch können auch andere optisch
transparente Materialien verwendet werden. Eine Oberflächentextur
der optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht 1137 kann
außerdem relativ rau sein, um dadurch die Lichtsammeleffizienz der
Solarzelle zu verbessern.Solar cells according to further embodiments of the invention are in 12A to 12C shown. In particular, the embodiment of the solar cell is made 12A and 12B similar to the embodiment of the solar cell 10A and 10B However, an arrangement of the antireflection layer 1141 relative to the second electrode 1133 in 10A and 10B amended. In particular, the antireflection coating 1141 , as in 12A and 12B as a cover layer for covering portions of the second electrode 1133 (and the boundary layer 1113 ), which are within the outer edge of the substrate 1110 are arranged to be formed. Alternatively poses 12C an embodiment of the invention, which is an optically transparent, electrically conductive layer 1137 between the antireflection layer 1141 and the boundary layer 1113 provides. In this embodiment, the second electrode is 1133 patterned so as to be directly on an upper surface of the optically transparent, electrically conductive layer 1137 extends. In this way, the optically transparent, electrically conductive layer 1137 a layer of low resistance to allow a uniform distribution of the current between the second electrode 1133 and the boundary layer 1113 (Via the semiconductor layer of the second conductivity type 1114 , not shown) flows. The optically transparent, electrically conductive layer 1137 may be formed as an indium tin oxide (ITO) layer or a zinc oxide (ZnO) layer, but other optically transparent materials may be used. A surface texture of the optically transparent, electrically conductive layer 1137 may also be relatively rough, thereby improving the light collection efficiency of the solar cell.
Gemäß zusätzlichen
Ausführungsformen der Erfindung kann die Ausführungsform
der Solarzelle in 10A–10C weiter
wie mit der Ausführungsform der Solarzelle aus 13A und 13B dargestellt abgewandelt
werden. Insbesondere beinhaltet die Ausführungsform der
Solarzelle aus 13A und 13B ein
abgewandeltes Muster der zweiten Elektrode 1133, so dass
eine Oberseite der zweiten Elektrode 1133 planar mit der
Antireflexionsschicht 1141 ist. Dieses planare Oberflächenprofil
kann erreicht werden durch Planarisieren der zweiten Elektrode 1133 derart,
dass sie planparallel zu der Antireflexionsschicht 1141 ist.
Darüber hinaus ist ein Randabschnitt der zweiten Elektrode 1133 als
eine ringförmige Erweiterung 1133b vorgesehen.
Diese Erweiterung 1133b definiert einen kreisrunden zweiten
Randbereich 1119b in einem Randbereich des Halbleitersubstrates 1110,
der eine darunterliegende Oberfläche der ersten Elektrode 1131b freilässt.
Dieser kreisrunde zweite Randbereich 1119b besitzt eine
Breite, die geringer ist als die Breite „Wa”.
Die ringförmige Erweiterung 1133b und die freiliegende darunterliegende
Oberfläche der ersten Elektrode 1131b stellen
Kontaktpunkte für externe Elektroden (z. B. Bondingdrähte,
nicht dargestellt) dar, die einen erzeugten Solarstrom an eine Last
(nicht dargestellt) oder ein photovoltaisches System (siehe z. B. 26)
liefern.According to additional embodiments of the invention, the embodiment of the solar cell in 10A - 10C continue as with the embodiment of the solar cell 13A and 13B be modified shown. In particular, the embodiment includes the solar cell 13A and 13B a modified pattern of the second electrode 1133 so that a top of the second electrode 1133 planar with the antireflection coating 1141 is. This planar surface profile can be achieved by planarizing the second electrode 1133 such that they are plane-parallel to the antireflection layer 1141 is. In addition, an edge portion of the second electrode 1133 as an annular extension 1133b intended. This extension 1133b defines a circular second border area 1119b in an edge region of the semiconductor substrate 1110 which has an underlying surface of the first electrode 1131b leaves free. This circular second border area 1119b has a width that is less than the width "Wa". The annular extension 1133b and the exposed underlying surface of the first electrode 1131b represent contact points for external electrodes (eg, bonding wires, not shown) that supply a generated solar power to a load (not shown) or a photovoltaic system (see, e.g. 26 ) deliver.
Verfahren
des Bildens von Solarzellen gemäß zusätzlicher
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in 14A bis 20A und 14B bis 20B dargestellt,
wobei die 14B bis 20B Querschnittsansichten
der Zwischenstrukturen aus 14A bis 20A entlang der Linie I-I' zeigen. Insbesondere
zeigen die 14A und 14B die
Bildung einer Grenzschicht 1113 und, bei einigen Ausführungsformen,
einer Kombination aus einer Grenzschicht 1113 vom zweiten
Leitfähigkeittyp (z. B. n-leitend) und einer Halbleiterschicht vom
zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 (z. B. der hochdotierten
amorphen Siliziumschicht, nicht dargestellt) auf einem Basisbereich 1111 des
ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. p-leitend). Die Grenzschicht 1113 und
die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 1114 können
wie oben mit Bezug auf die 10A, 10B und 11 gebildet
werden, um dadurch einen gleichrichtenden pn-Übergang zu
definieren. Wie mit 11 gezeigt, kann eine Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrates 1110 ein texturiertes Oberflächenprofil
aufweisen.Methods of forming solar cells according to additional embodiments of the present invention are in 14A to 20A and 14B to 20B shown, wherein the 14B to 20B Cross-sectional views of the intermediate structures 14A to 20A along the line II 'show. In particular, the show 14A and 14B the formation of a boundary layer 1113 and, in some embodiments, a boundary layer combination 1113 second conductivity type (eg, n-type) and a second conductivity type semiconductor layer 1114 (eg, the heavily doped amorphous silicon layer, not shown) on a base region 1111 of the first conductivity type (eg p-type). The boundary layer 1113 and the second conductivity type semiconductor layer 1114 can as above with respect to the 10A . 10B and 11 are formed, thereby defining a rectifying pn junction. As with 11 shown, a main surface of the semiconductor substrate 1110 have a textured surface profile.
Bezug
nehmend auf die 15A und 15B wird
eine Antireflexionsschicht 1141 auf der Grenzschicht 1113 gebildet,
um die Lichtsammeleffizienz der Solarzelle zu erhöhen.
Diese Antireflexionsschicht 1141, welche eine Siliziumoxidschicht, eine
Siliziumnitridschicht oder eine Kombination davon sein kann, kann
gebildet werden unter Verwendung von Verfahren wie z. B. der plasmaunterstützten
chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD). Die Antireflexionsschicht 1141 kann
außerdem gebildet werden unter Verwendung von herkömmlichen Antireflexionsbeschichtungen
(ARC). Die 16A und 16B stellen
die Abscheidung einer Fotoresistschicht 1143 auf der Antireflexionsschicht 1141 dar.
Diese Fotoresistschicht 1143 kann photolithografisch gemustert
werden, um darin Öffnungen 1143a und 1143b zu
definieren. Diese Öffnungen können ein gitterartiges
Netz von sich kreuzenden Öffnungen definieren, wie in 16A dargestellt ist. Die Fotoresistschicht 1143 kann
außerdem derart gemustert werden, dass eine ringförmige
Randöffnung 1119 definiert wird.Referring to the 15A and 15B becomes an antireflection coating 1141 on the boundary layer 1113 formed to increase the light collection efficiency of the solar cell. This antireflection coating 1141 , which may be a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a combination thereof, may be formed using methods such as. As the plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The antireflection coating 1141 can also be formed using conventional antireflective coatings (ARC). The 16A and 16B provide the deposition of a photoresist layer 1143 on the anti-reflection layer 1141 This photoresist layer 1143 can be photolithographically patterned to have openings therein 1143a and 1143b define. These openings may define a grid-like network of intersecting openings, as in FIG 16A is shown. The photoresist layer 1143 can also be patterned such that an annular edge opening 1119 is defined.
Bezug
nehmend auf die 17A und 17B wird
ein selektiver Ätzschritt durchgeführt zum Definieren
eines Arrays von Gräben und eines ringförmigen
Randgrabens 1125 in dem Halbleitersubstrat 1110,
wobei die gemusterte Fotoresistschicht 1143 als eine Ätzmaske
verwendet wird. Diese Gräben werden kollektiv als ein zweidimensionales
Grabengitternetz 1120 dargestellt. Insbesondere werden
eine Mehrzahl von ersten Gräben 1121 und eine
Mehrzahl von zweiten Gräben 1123, die kollektiv ein
Gitterarray (d. h. ein zweidimensionales Gitternetz) von Gräben
bilden, derart ausgebildet, dass sie sich vollständig durch
die Antireflexionsschicht 1141 und die Grenzschicht 1113 erstrecken
und weiter in den Basisbereich 1111 vom ersten Leitfähigkeitstyp hinein
erstrecken. Gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung können Gräben eine Tiefe besitzen,
die etwa zwei Drittel einer Dicke des Halbleitersubstrats 1110 besitzen.
Wie oben mit Bezug auf die 10B beschrieben,
können diese Gräben 1121 und 1123 eine
maximale Breite von etwa 1 μm haben, aber besitzen typischerweise
eine geringere Breite von z. B. etwa 0,3 μm.Referring to the 17A and 17B For example, a selective etching step is performed to define an array of trenches and an annular edge trench 1125 in the semiconductor substrate 1110 wherein the patterned photoresist layer 1143 is used as an etching mask. These trenches are collectively called a two-dimensional trench grid 1120 shown. In particular, a plurality of first trenches 1121 and a plurality of second trenches 1123 collectively forming a grid array (ie, a two-dimensional grid) of trenches, formed to fully extend through the antireflective layer 1141 and the boundary layer 1113 extend and continue into the base area 1111 extending from the first conductivity type. According to some embodiments of the invention, trenches may have a depth that is about two-thirds of a thickness of the semiconductor substrate 1110 have. As above with respect to the 10B described, these trenches 1121 and 1123 have a maximum width of about 1 micron, but typically have a smaller width of z. B. about 0.3 microns.
Die 18A und 18B stellen
die Bildung von Störstellenbereichen 1115 vom
ersten Leitfähigkeitstyp angrenzend an Böden der
Gräben 1121, 1123 und 1125 dar.
Diese Störstellenbereiche 1115 können
gebildet werden durch Implantieren von Dotierstoffen des ersten
Leitfähigkeitstyps (z. B. Bor) in die unteren Seitenwände
und Böden des Grabennetzwerkes 1120, wobei die
Antireflexionsschicht 1141 und/oder die gemusterte Fotoresistschicht 1143 als
eine Implantationsmaske dient. Gemäß einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann die Implantation der Dotierstoffe des ersten
Leitfähigkeitstyps durchgeführt werden mit ausreichender
Energie und Dosis, um Störstellenbereiche 1115 zu
erzielen, die eine höhere Dotierstoffkonzentration des
ersten Leitfähigkeitstyps als der Basisbereich 1111 aufweisen. Nach
diesem Implantationsschritt kann eine elektrisch leitfähige
Deckschicht (nicht dargestellt) auf der Antireflexionsschicht 1141 und
in das Grabennetzwerk 1120 abgeschieden werden. Diese elektrisch
leitfähige Deckschicht kann gebildet werden aus einem Material,
das aus einer aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Wolfram
(W), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid (WN) und Metallsiliziden
sowie Kombinationen dieser elektrisch leitfähigen Materialien
bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Insbesondere kann die
elektrisch leitfähige Deckschicht gebildet werden als ein
Verbund aus Ti/TiN/Al oder Ti/TiN/W. Diese Deckschicht wird dann
derart gemustert, dass sie die erste Elektrode 1131 angrenzend
an einen Boden der Gräben 1121, 1123 und 1125 definiert.
Dieses Mustern der Deckschicht kann durchgeführt werden
als ein anisotroper Ätzschritt, der Teile der Deckschicht
selektiv rückätzt. Während des anisotropen Ätzschrittes
kann die Antireflexionsschicht 1141 als eine Ätzstoppschicht
fungieren. Wie dargestellt kann die erste Elektrode 1131 eine
Oberseite (innerhalb des Grabennetzwerkes 1120) aufweisen,
die unterhalb der Grenzfläche des pn-Übergangs
zwischen dem Basisbereich 1111 und der Grenzschicht 1113 liegt.The 18A and 18B represent the formation of impurity regions 1115 of the first conductivity type adjacent to bottoms of the trenches 1121 . 1123 and 1125 dar. These impurity areas 1115 can be formed by implanting dopants of the first conductivity type (eg, boron) into the lower sidewalls and bottoms of the trench network 1120 , wherein the antireflection coating 1141 and / or the patterned photoresist layer 1143 serves as an implantation mask. According to some embodiments of the invention, the implantation of the dopants of the first conductivity type may be performed with sufficient energy and dose to impurity regions 1115 to achieve a higher dopant concentration of the first conductivity type than the base region 1111 exhibit. After this implantation step, an electrically conductive cover layer (not shown) on the antireflection layer 1141 and into the trench network 1120 be deposited. This electrically conductive capping layer may be formed of a material consisting of one of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN) and Metal silicides and combinations of these electrically conductive materials group is selected. In particular, the electrically conductive cover layer can be formed as a composite of Ti / TiN / Al or Ti / TiN / W. This cover layer is then patterned to be the first electrode 1131 adjacent to a bottom of the trenches 1121 . 1123 and 1125 Are defined. This patterning of the capping layer may be performed as an anisotropic etching step that selectively etches portions of the capping layer. During the anisotropic etching step, the antireflection layer 1141 act as an etch stop layer. As shown, the first electrode 1131 a top (within the trench network 1120 ), which are below the interface of the pn junction between the base region 1111 and the boundary layer 1113 lies.
Weiter
Bezug nehmend auf die 18A und 18B kann eine isolierende Deckschicht (nicht dargestellt)
auf die Antireflexionsschicht 1141 und in das Grabennetzwerk 1120 abgeschieden
werden. Diese isolierende Deckschicht, die aus einem die lektrischen
Zwischenschichtmaterial wie z. B. Siliziumdioxid gebildet werden
kann, wird dann selektiv rückgeätzt, um die Isolierschicht 1135 innerhalb
des Grabennetzwerkes 1120 zu definieren. Dieser Rückätzschritt
kann durchgeführt werden ohne dass Photolithografie benötigt
wird. Z. B. kann ein anisotroper Ätzschritt durchgeführt
werden unter Verwendung der Antireflexionsschicht 1141 als
eine Ätzstoppschicht. Nach dem Rückätzen
kann die Isolierschicht 1135, wie dargestellt, eine Oberseite
unterhalb einer Oberseite der Grenzschicht 1113 besitzen.Further referring to the 18A and 18B For example, an insulating cover layer (not shown) may be applied to the antireflective layer 1141 and into the trench network 1120 be deposited. This insulating cover layer, which consists of a lektrischen the intermediate layer material such. For example, silicon dioxide may be formed, then selectively etched back to the insulating layer 1135 within the trench network 1120 define. This etchback step can be performed without the need for photolithography. For example, an anisotropic etching step may be performed using the antireflective layer 1141 as an etch stop layer. After the etching back, the insulating layer 1135 as shown, an upper surface below an upper surface of the boundary layer 1113 have.
Bezug
nehmend auf die 19A und 19B wird
eine weitere elektrisch leitfähige Schicht (nicht dargestellt)
konform als eine Deckschicht auf die Antireflexionsschicht 1141 und
auf die Isolierschicht 1135 abgeschieden. Wie oben beschrieben
kann diese elektrisch leitfähige Schicht aus einem Material
gebildet werden, das aus einer aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu),
Nickel (Ni), Wolfram (W), Titan (Ti), Titannitrid (TiN), Wolframnitrid
(WN) und Metallsiliziden sowie Kombinationen dieser elektrisch leitfähigen
Materialien bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Eine Fotoresistschicht
(nicht dargestellt) kann auf der elektrisch leitfähigen
Schicht abgeschieden werden und dann gemustert werden, um eine Fotoresistmaske 1144 zu
definieren. Diese Fotoresistmaske 1144 wird dann verwendet
während eines Ätzschrittes zum Definieren der
zweiten Elektrode 1133. Die Antireflexionsschicht 1141 kann
wieder verwendet werden als eine Ätzstoppschicht. Während
des Verfahrens zum Bilden der zweiten Elektrode 1133 kann
zumindest ein Abschnitt des Randbereichs 1119 mit einer
Hartmaske 1146 bedeckt sein, um so eine zweite Elektrode 1133a angrenzend
an einen Umfang des Substrates 1110 zu definieren, wie in 10A dargestellt ist. Ein Abschnitt der Isolierschicht 1135 innerhalb
des Randbereichs 1119 kann von der Fotoresistmaske 1144 und
der Hartmaske 1146 freigelassen werden wie in 19B gezeigt ist.Referring to the 19A and 19B For example, another electrically conductive layer (not shown) conforms as a capping layer to the antireflective layer 1141 and on the insulating layer 1135 deposited. As described above, this electrically conductive layer may be formed of a material consisting of a is selected from the group consisting of aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), tungsten (W), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten nitride (WN) and metal silicides, and combinations of these electrically conductive materials. A photoresist layer (not shown) may be deposited on the electrically conductive layer and then patterned to form a photoresist mask 1144 define. This photoresist mask 1144 is then used during an etching step to define the second electrode 1133 , The antireflection coating 1141 can be reused as an etch stop layer. During the process of forming the second electrode 1133 can be at least a section of the border area 1119 with a hard mask 1146 be covered, so a second electrode 1133a adjacent to a periphery of the substrate 1110 to define how in 10A is shown. A section of the insulating layer 1135 within the border area 1119 can from the photoresist mask 1144 and the hard mask 1146 be released as in 19B is shown.
Bezug
nehmend nun auf die 20A und 20B können
die Fotoresistmaske 1144 und die Hartmaske 1146 entfernt
werden und eine andere Fotoresistschicht (nicht dargestellt) kann
gebildet werden. Diese Fotoresistschicht kann dann gemustert werden
(z. B. unter Verwendung von Nassätzen) zum Definieren einer
anderen Fotoresistmaske 1145, die den ersten Randbereich 1119a freilässt.
Ein Trockenätzschritt kann dann durchgeführt werden
zum selektiven Entfernen freiliegender Abschnitte der Isolier schicht 1135 und
dadurch zum Freilegen darunterliegender Abschnitte der ersten Elektrode 1131a, die
sich angrenzend an einen Umfang des Halbleitersubstrates 1110 erstrecken.
Diese freigelegten darunterliegenden Abschnitte der ersten Elektrode 1131a können
als Kontaktpunkte für externe Drahtverbindungen (z. B.
Drahtbonden) dienen.Referring now to the 20A and 20B can the photoresist mask 1144 and the hard mask 1146 can be removed and another photoresist layer (not shown) can be formed. This photoresist layer can then be patterned (eg, using wet etching) to define another photoresist mask 1145 that the first edge area 1119A leaves free. A dry etching step may then be performed to selectively remove exposed portions of the insulating layer 1135 and thereby exposing underlying portions of the first electrode 1131a which adjoins a periphery of the semiconductor substrate 1110 extend. These exposed underlying portions of the first electrode 1131a can serve as contact points for external wire connections (eg wire bonding).
Weitere
Ausführungsformen von Verfahren der vorliegenden Erfindung
sind in 21A bis 23A sowie 21B bis 23B dargestellt. Insbesondere
stellen die 21A und 21B das Verwenden
einer optisch transparenten, leitfähigen Schicht 1137 auf
der Grenzschicht 1113 dar. Danach kann wie in 22A, 23A, 22B, 23B, 12A und 12C gezeigt
eine Antireflexionsschicht 1141 konform auf dem Substrat 1110 abgeschieden
werden. Eine gemusterte Fotoresistschicht 1147 wird auf
der Antireflexionsschicht 1141 wie in 23A und 23B gezeigt
gebildet. Diese gemusterte Fotoresistschicht 1147 wird
dann als eine Maske während eines Schrittes zum selektiven Rückätzen
freiliegender Abschnitte der Antireflexionsschicht 1141 und
der optisch transparenten, leitfähigen Schicht 1137 verwendet,
um dadurch entsprechende darunterliegende Abschnitte der ersten Elektrode 1131a angrenzend
an den Umfang des Substrates 1110 freizulegen. Diese gemusterte
Fotoresistschicht 1147 wird dann, wie in 12C gezeigt, entfernt.Further embodiments of methods of the present invention are disclosed in U.S. Patent Nos. 3,846,055 21A to 23A such as 21B to 23B shown. In particular, the 21A and 21B using an optically transparent, conductive layer 1137 on the boundary layer 1113 After that, as in 22A . 23A . 22B . 23B . 12A and 12C shown an antireflection coating 1141 compliant on the substrate 1110 be deposited. A patterned photoresist layer 1147 gets on the anti-reflection layer 1141 as in 23A and 23B shown formed. This patterned photoresist layer 1147 is then used as a mask during a step to selectively etch back exposed portions of the antireflective layer 1141 and the optically transparent conductive layer 1137 used to thereby corresponding underlying portions of the first electrode 1131a adjacent to the periphery of the substrate 1110 expose. This patterned photoresist layer 1147 will then, as in 12C shown, removed.
Gemäß zusätzlichen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Ausführungsform der
Solarzelle aus 13A und 13B gebildet werden
unter Verwendung der in 24A, 25A, 24B und 25B dargestellten Schritte. Z. B. können
Verfahren zum Herstellens einer Solarzelle abgewandelte Schritte
zum Mustern der zweiten Elektrode 1133 enthalten, derart
dass eine Oberseite der zweiten Elektrode 1133 planar mit
der Antireflexionsschicht 1141 ist. Dieses planare Oberflächenprofil kann
erreicht werden durch Planarisieren der zweiten Elektrode 1133 derart,
dass sie koplanar mit der Antireflexionsschicht 1141 ist,
wie in 24B gezeigt.According to additional embodiments of the present invention, the embodiment of the solar cell 13A and 13B be formed using the in 24A . 25A . 24B and 25B illustrated steps. For example, methods of fabricating a solar cell may include modified steps for patterning the second electrode 1133 such that an upper side of the second electrode 1133 planar with the antireflection coating 1141 is. This planar surface profile can be achieved by planarizing the second electrode 1133 such that they coplanar with the antireflection coating 1141 is how in 24B shown.
Ein
Randabschnitt der zweiten Elektrode 1133 ist vorgesehen
als eine ringförmige Erweiterung 1133b. Diese
Erweiterung 1133b, die in 13B gezeigt
ist, definiert einen kreisrunden zweiten Randbereich 1119b an
einem Umfang des Halbleitersubstrates 1110, der eine darunterliegende
Oberfläche der ersten Elektrode 1131b freilegt.
Dieser kreisrunde zweite Randbereich 1119b besitzt eine
Breite, die geringer ist als die Breite „Wa” in 10B. Dieser kreisrunde zweite Randbereich 1119b kann
definiert werden durch Bilden einer gemusterten Fotoresistschicht 1149 auf
der planarisierten Oberfläche der zweiten Elektrode 1133 und
der Antireflexionsschicht 1141 wie in 25A und 25B gezeigt.
Danach werden, wie in 13A und 13B gezeigt, die freiliegenden Abschnitte der
zweiten Elektrode 1133 und darunterliegender Abschnitte
der Isolierschicht 1135 selektiv entfernt, so dass eine
schmälere Oberseite der ersten Elektrode 1131b freigelegt
werden kann. Diese Ausführungsform der Solarzelle aus 13A und 13B führt
gegenüber der Ausführungsform der Solarzelle aus 10A und 10B zu
einer höheren Effizienz durch Vergrößern
der Gesamtkontaktfläche zwischen der zweiten Elektrode 1133, 1133b und
der Grenzschicht 1113.An edge portion of the second electrode 1133 is intended as an annular extension 1133b , This extension 1133b , in the 13B is shown defines a circular second edge region 1119b on a periphery of the semiconductor substrate 1110 which has an underlying surface of the first electrode 1131b exposes. This circular second border area 1119b has a width that is less than the width "Wa" in 10B , This circular second border area 1119b can be defined by forming a patterned photoresist layer 1149 on the planarized surface of the second electrode 1133 and the antireflection layer 1141 as in 25A and 25B shown. After that, as in 13A and 13B shown, the exposed portions of the second electrode 1133 and underlying portions of the insulating layer 1135 selectively removed, leaving a narrower top of the first electrode 1131b can be exposed. This embodiment of the solar cell 13A and 13B performs opposite to the embodiment of the solar cell 10A and 10B to a higher efficiency by increasing the total contact area between the second electrode 1133 . 1133b and the boundary layer 1113 ,
Bezug
nehmend auf 26 können die oben beschriebenen
Ausführungsformen der Solarzelle der vorliegenden Erfindung
innerhalb eines Leistungssteuernetzwerkes 4000 verwendet
werden, das Leistung von einem Solarzellenarray 3000 empfängt. Wie
dargestellt kann jedes Solarzellenarray 3000 als eine Mehrzahl
von Solarzellenmodulen 2000 eingerichtet sein, wobei jedes
Modul ein Array von Solarzellen 1000 enthält.
Auf diese Art und Weise kann die relativ geringe Spannung und/oder
der relativ geringe Strom, die/der durch jede Solarzelle 1000 bereitgestellt
wird, mit den Spannungen und/oder den Strömen, die von
anderen Solarzellen 1000 bereitgestellt werden, kombiniert
werden, um dadurch eine relativ starke Leistungsquelle zu bilden.
Das Leistungssteuernetzwerk 4000 ist so dargestellt, dass
es eine Abgabevorrichtung 4100, eine Energiespeichereinrichtung 4200,
ein Lade/Entlade-Steuergerät 4300 sowie ein Systemsteuergerät 4400,
welche die Energiespeichervorrichtung 4200, das Lade/Entlade-Steuergerät 4300,
das Leistungskonditioniersystem (PCS, engl. power conditioning system) 4120 und
das Netzwerkverbindungssystem 4140 steuert, enthält.
Die Abgabevorrichtung 4100 kann ein Leistungskonditioniersystem
(PCS) 4120 sowie ein Netzwerkverbindungssystem 4140 enthalten.
Das PCS 4120 kann ein Inverter sein, der derart arbeitet,
dass er den Gleichstrom (DC) von dem Solarzellenarray 3000 in einen
Wechselstrom (AC) umwandelt. Das Netzwerkverbindungssystem 4140 kann
mit einem externen Leistungssystem 5000 verbunden sein.
Das Lade/Entlade-Steuergerät 4300 arbeitet derart,
dass überschüssige Energie an die Energiespeichervorrichtung 4200 übertragen wird,
wenn eine von dem Solarzellenarray 3000 erzeugte Abgabe
die Leistungsabgabe an das externe Leistungssystem 5000 übersteigt.
Alternativ arbeitet das Lade/Entlade-Steuergerät 4300 derart,
dass es Energie von der Energiespeichervorrichtung 4200 entnimmt,
wenn die von dem Solarzellenarray 3000 erzeugte Abgabe
nicht ausreichend ist, um den Bedarf des externen Leistungssystems 5000 zu
erfüllen.Referring to 26 For example, the above-described embodiments of the solar cell of the present invention may be implemented within a power control network 4000 used, the power of a solar cell array 3000 receives. As shown, each solar cell array 3000 as a plurality of solar cell modules 2000 be set up, each module being an array of solar cells 1000 contains. In this way, the relatively low voltage and / or the relatively low current flowing through each solar cell 1000 is provided with the voltages and / or currents from other solar cells 1000 can be combined, thereby forming a relatively strong power source. The power control network 4000 is shown to be a dispenser 4100 , an energy storage device tung 4200 , a charge / discharge controller 4300 and a system controller 4400 which the energy storage device 4200 , the charge / discharge controller 4300 , the power conditioning system (PCS) 4120 and the network connection system 4140 controls, contains. The dispenser 4100 can a power conditioning system (PCS) 4120 and a network connection system 4140 contain. The PCS 4120 may be an inverter that operates to supply the direct current (DC) from the solar cell array 3000 converted into an alternating current (AC). The network connection system 4140 can with an external power system 5000 be connected. The charge / discharge controller 4300 works such that excess energy to the energy storage device 4200 is transmitted when one of the solar cell array 3000 generated output to the power system to the external power system 5000 exceeds. Alternatively, the charge / discharge control unit works 4300 such that it takes energy from the energy storage device 4200 removes when the of the solar cell array 3000 generated output is insufficient to meet the needs of the external power system 5000 to fulfill.
Die
oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können
hergestellt werden mit einer Vielzahl von Elektrodenkonfigurationen
und von Muster, die ein hocheffizientes Einsammeln von Ladungsträgern
als Antwort auf ein auf eine Hauptoberfläche einer Solarzelle
einfallendes Licht ermöglichen.The
Embodiments of the invention described above can
be made with a variety of electrode configurations
and by pattern, which is a highly efficient collection of charge carriers
in response to a on a main surface of a solar cell
allow incident light.
27A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 2700 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 27B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 2700 aus 27A entlang der Linie I-I'. Wie in diesen Figuren
dargestellt, enthält die Solarzelle 2700 ein zweidimensionales
Array von Bereichen des zweiten Leitfähigkeitstyps 2710 (als
quadratische Bereiche dargestellt), die n-leitend sein können,
umgeben von einer Oberseitenelektrode 2708. Jeder der Bereiche
des zweiten Leitfähigkeitstyps 2710 bildet jeweilige
gleichrichtende pn-Übergänge mit einem Substratbereich 2702,
der p-leitend sein kann. Elektrische Kontakte mit dem p-leitenden Substratbereich 2702 können
durch eine grabenbasierte Elektrode 2704 hergestellt werden,
die sich an dem Boden eines gitterartigen Grabens befindet, wie in 27B dargestellt ist. Die gitterartig ausgebildete Oberseitenelektrode 2708 ist
elektrisch isoliert von der darunterliegenden grabenbasierten Elektrode 2704 durch
eine dazwischen liegende grabenbasierte, elektrisch isolierende
Schicht 2706 (z. B. Siliziumdioxid), die eine Oberseite
besitzen kann, die planar mit einer oberen Oberfläche des
Substratbereichs 2702 ist, auf der die Oberseitenelektrode 2708 und n-leitende
Bereiche 2710 ausgebildet sind. 27A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 2700 according to an additional embodiment of the present invention and 27B is a cross-sectional view of the solar cell 2700 out 27A along the line I-I '. As shown in these figures, the solar cell contains 2700 a two-dimensional array of regions of the second conductivity type 2710 (shown as square areas), which may be n-type, surrounded by a top electrode 2708 , Each of the regions of the second conductivity type 2710 forms respective rectifying pn junctions with a substrate region 2702 that can be p-conducting. Electrical contacts with the p-type substrate region 2702 can through a trench-based electrode 2704 which is located at the bottom of a grid-like trench, as in 27B is shown. The latticed upper side electrode 2708 is electrically isolated from the underlying trench-based electrode 2704 by an intervening trench-based, electrically insulating layer 2706 (eg, silicon dioxide), which may have a top surface that is planar with an upper surface of the substrate region 2702 is on which the top electrode 2708 and n-conductive areas 2710 are formed.
28A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 2800 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 28B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 2800 aus 28A entlang der Linie I-I'. Wie in der Draufsicht
aus 28A gezeigt, ist die Solarzelle 2800 ähnlich
der Solarzelle 2700 aus 27A,
jedoch ist die grabenbasierte Elektrode 2804 (siehe z.
B. 28B) so dargestellt, dass sie sich nach oben zu
einer obersten Licht empfangenden Oberfläche der Solarzelle 2800 erstreckt.
Insbesondere zeigt 28B einen p-leitenden Substratbereich 2802,
auf dem eine Mehrzahl von n-leitenden Bereichen 2810 ausgebildet
sind, die jeweilige gleichrichtende pn-Übergänge
mit dem Substratbereich 2802 bilden. Ein elektrischer Kontakt
mit den n-leitenden Bereichen 2810 wird hergestellt unter Verwendung
einer Mehrzahl von Oberseitenelektroden 2808 und elektrische
Kontakte mit dem p-leitenden Substratbereich 2802 werden
hergestellt durch die grabenbasierten Elektroden 2804,
die als streifenförmige Elektroden dargestellt sind, welche
sich parallel über die Solarzelle 2800 erstrecken.
Wie weiter in 28B dargestellt, sind die grabenbasierten Elektroden 2804 und
die Oberseitenelektroden 2808 elektrisch isoliert voneinander
durch elektrisch isolierende Schichten 2806, die sich angrenzend
an die Lichtaufnahmeoberfläche der Solarzelle 2800 erstrecken.
Die Oberseitenelektroden 2808 sind außerdem von
dem darunterliegenden Substratbereich 2802 elektrisch isoliert
durch elektrisch isolierende Abstandshalter 2809, die unterhalb
der Oberseitenelektroden 2808 angeordnet sind. 28A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 2800 according to an additional embodiment of the present invention, and 28B is a cross-sectional view of the solar cell 2800 out 28A along the line I-I '. As in the plan view 28A shown is the solar cell 2800 similar to the solar cell 2700 out 27A but is the trench-based electrode 2804 (see eg 28B ) are shown as rising up to a top light receiving surface of the solar cell 2800 extends. In particular shows 28B a p-type substrate region 2802 on which a plurality of n-type regions 2810 are formed, the respective rectifying pn junctions with the substrate region 2802 form. An electrical contact with the n-type regions 2810 is manufactured using a plurality of top electrodes 2808 and electrical contacts with the p-type substrate region 2802 are made by the trench-based electrodes 2804 , which are shown as strip-shaped electrodes, which are parallel across the solar cell 2800 extend. As in further 28B are the trench-based electrodes 2804 and the top electrodes 2808 electrically isolated from each other by electrically insulating layers 2806 , which adjoin the light-receiving surface of the solar cell 2800 extend. The top electrodes 2808 are also from the underlying substrate area 2802 electrically isolated by electrically insulating spacers 2809 , which are below the top electrodes 2808 are arranged.
29A ist eine Draufsicht einer integrierten Schaltung
einer Solarzelle 2900 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 29B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 2900 aus 29A entlang der Linie I-I'. Wie in den 29A und 29B gezeigt,
ist die Solarzelle 2900 ähnlich der Ausführungsform
der Solarzelle aus den 28A und 28B, jedoch sind die elektrisch isolierenden Schichten 2906 in
den Substratbereich 2902 verschoben, auf gegenüberliegenden
Seiten von oberen Abschnitten der grabenbasierten Elektroden 2904.
Die Oberseitenelektroden 2908 sind vorgesehen auf Oberseiten
der elektrisch isolierenden Schichten 2906, was den n-leitenden
Bereichen 2910 in 29B ermöglicht,
größer zu sein als die n-leitenden Bereiche 2810 in 28B. Somit kann die Ausführungsform der
Solarzelle aus den 29A und 29B eine
größere Lichtsammeleffizienz als die Ausführungsform
der Solarzelle aus den 28A und 28B besitzen. Die Ausführungsform der
Solarzelle aus den 29A und 29B kann
außerdem eine optisch transparente Isolierschicht 2912 enthalten,
die konform auf den n-leitenden Bereichen 2910 und in Räume
zwischen benachbarten Elektroden 2908 wie dargestellt abgeschieden
wird, so dass ein planares Oberflächenprofil angrenzend
an die Lichtsammeloberfläche der Solarzelle 2900 bereitgestellt
wird. 29A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 2900 according to an additional embodiment of the present invention and 29B is a cross-sectional view of the solar cell 2900 out 29A along the line I-I '. As in the 29A and 29B shown is the solar cell 2900 similar to the embodiment of the solar cell from the 28A and 28B but are the electrically insulating layers 2906 in the substrate area 2902 shifted, on opposite sides of upper sections of the trench-based electrodes 2904 , The top electrodes 2908 are provided on tops of the electrically insulating layers 2906 what the n-conductive areas 2910 in 29B allows to be larger than the n-type regions 2810 in 28B , Thus, the embodiment of the solar cell from the 29A and 29B a greater light collection efficiency than the embodiment of the solar cell of the 28A and 28B have. The embodiment of the solar cell from the 29A and 29B may also be an optically transparent insulating layer 2912 that conform to the n-type regions 2910 and in spaces between adjacent electrodes 2908 is deposited as shown, so that a planar surface profile adjacent to the Light collecting surface of the solar cell 2900 provided.
30A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 3000 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 30B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 3000 aus 30A entlang der Linie I-I'. Wie in 30A und 30B dargestellt,
erstrecken sich grabenbasierte Elektroden 3004 als parallel
ausgebildete Streifen über eine Lichtaufnahmeoberfläche
der Solarzelle 3000. Jede dieser grabenbasierten Elektroden 3004 ist
elektrisch mit dem Substratbereich 3002 verbunden und ist
elektrisch isoliert von den n-leitenden Bereichen 3010 durch
jeweilige isolierende Abstandshalter 3006. Diese n-leitenden
Bereiche 3010 bilden jeweilige pn-Übergänge
mit dem darunterliegenden Substratbereich 3002 und den elektrischen
Kontaktoberseitenelektroden 3008. Elektrisch isolierende
Abstandshalter 3009 sind außerdem vorgesehen unterhalb
der Oberseitenelektroden 3008, um diese Elektroden 3008 von
dem darunterliegenden Substratbereich 3002 zu isolieren. 30A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3000 according to an additional embodiment of the present invention and 30B is a cross-sectional view of the solar cell 3000 out 30A along the line I-I '. As in 30A and 30B shown, trench-based electrodes extend 3004 as parallel trained stripes on a light receiving surface of the solar cell 3000 , Each of these trench-based electrodes 3004 is electrical to the substrate area 3002 connected and is electrically isolated from the n-type regions 3010 by respective insulating spacers 3006 , These n-conductive areas 3010 form respective pn junctions with the underlying substrate region 3002 and the electrical contact top electrodes 3008 , Electrically insulating spacers 3009 are also provided below the top electrodes 3008 to these electrodes 3008 from the underlying substrate area 3002 to isolate.
31A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 3100 gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung und 31B ist
eine Querschnittsansicht der Solarzelle 3100 aus 31A entlang der Linie I-I'. Diese Solarzelle 3100 ist
so dargestellt, dass sie einen Substratbereich 3102 enthält,
auf dem ein zweidimensionales Array von quadratischen n-leitenden
Bereichen 3110 ausgebildet ist, die von einer gitterförmigen
Oberseitenelektrode 3108 umgeben sind. Diese Oberseitenelektrode 3108 ist
wie dargestellt getrennt und isoliert von dem Substratbereich 3102 durch
elektrisch isolierende Abstandshalter 3109. Streifenförmige
grabenbasierte Elektroden 3104 sind vorgesehen angrenzend
an Böden der jeweiligen Gräben, wie in 31B dargestellt ist. Diese grabenbasierten Elektroden 3104 sind
elektrisch mit dem Substratbereich 3102 verbunden. Elektrisch
isolierende Abstandshalter 3106 sind außerdem
vorgesehen zwischen den grabenbasierten Elektroden 3104 und
den n-leitenden Bereichen 3110. Ein externer Kontakt kann
hergestellt werden zu den grabenbasierten Elektroden 3104 unter
Verwendung von Bondingdrähten (nicht dargestellt in den 31A und 31B),
die mit einem Randbereich des Substratbereichs 3102 (z.
B. Siliziumwafer) verbunden sind. 31A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3100 according to another embodiment of the invention and 31B is a cross-sectional view of the solar cell 3100 out 31A along the line I-I '. This solar cell 3100 is shown as having a substrate area 3102 contains on which a two-dimensional array of square n-type regions 3110 is formed by a lattice-shaped upper side electrode 3108 are surrounded. This top electrode 3108 is separated as shown and isolated from the substrate area 3102 by electrically insulating spacers 3109 , Strip-shaped trench-based electrodes 3104 are provided adjacent to floors of the respective trenches, as in 31B is shown. These trench-based electrodes 3104 are electrical to the substrate area 3102 connected. Electrically insulating spacers 3106 are also provided between the trench-based electrodes 3104 and the n-type regions 3110 , An external contact can be made to the trench-based electrodes 3104 using bonding wires (not shown in Figs 31A and 31B ) with an edge region of the substrate region 3102 (eg, silicon wafers).
32A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 3200 gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung und 32B ist
eine Querschnittsansicht der Solarzelle 3200 aus 32A entlang der Linie I-I'. Diese Solarzelle 3200 ist
so dargestellt, dass sie einen Substratbereich 3202 besitzt,
auf dem ein zweidimensionales Array von quadratischen n-leitenden
Bereichen 3210 ausgebildet ist, die jeweilige pn-Übergänge
mit dem Substratbereich 3202 bildet. Eine Mehrzahl von
als parallele Streifen ausgebildeten grabenbasierten Elektroden 3208 ist
in jeweiligen Gräben vorgesehen. Diese grabenbasierten
Elektroden 3208 sind elektrisch verbunden mit darüberliegenden
n-leitenden Bereichen 3210, aber sind elektrisch isoliert
von dem umgebenden Substratbereich 3202 durch elektrisch
isolierende Auskleidungen 3209, die sich entlang von Böden
und Seitenwänden der Gräben wie dargestellt erstrecken.
Eine Mehrzahl von als parallele Streifen ausgebildeten Grabenelektroden 3204, die
elektrisch mit dem Substratbereich 3202 verbunden sind,
sind außerdem wie gezeigt in entsprechenden Gräben
vorgesehen. Diese Elektroden 3204, die sich angrenzend
an eine Lichtaufnahmeoberfläche der Solarzelle 3200 erstrecken,
sind elektrisch isoliert von dem Array von n-leitenden Bereichen 3210 durch elektrisch
isolierende Abstandshalter 3206 (z. B. Oxidabstandshalter). 32A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3200 according to another embodiment of the invention and 32B is a cross-sectional view of the solar cell 3200 out 32A along the line I-I '. This solar cell 3200 is shown as having a substrate area 3202 possesses, on which a two-dimensional array of square n-conductive areas 3210 is formed, the respective pn junctions with the substrate region 3202 forms. A plurality of trench-based electrodes formed as parallel strips 3208 is provided in respective trenches. These trench-based electrodes 3208 are electrically connected to overlying n-type regions 3210 but are electrically isolated from the surrounding substrate area 3202 by electrically insulating linings 3209 that extend along floors and sidewalls of the trenches as shown. A plurality of trench electrodes formed as parallel strips 3204 electrically connected to the substrate area 3202 are also provided as shown in corresponding trenches. These electrodes 3204 , which are adjacent to a light receiving surface of the solar cell 3200 are electrically isolated from the array of n-type regions 3210 by electrically insulating spacers 3206 (eg oxide spacers).
33 ist
eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung einer Solarzelle 3300 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung, die ähnlich
ist zu der Ausführungsform 3100 aus den 31A und 31B.
Diese Solarzelle 3300 ist so dargestellt, dass sie ein
zweidimensionales Array von quadratischen, n-leitenden Bereichen 3310 darauf
enthält, die von einer gitterförmigen Oberseitenelektrode 3308 umgeben
sind. Als parallele Streifen ausgebildete grabenbasierte Elektroden 3304 sind
außerdem angrenzend an Böden von jeweiligen Gräben
(nicht dargestellt in 33) vorgesehen. Aber im Gegensatz
zu der Solarzelle 3100 aus den 31A und 31B erstrecken sich die als parallele Streifen ausgebildeten
grabenbasierten Elektroden 3304 in einem Winkel relativ
zu den Elektroden 3104 aus 31A und 31B. 33 is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3300 according to another embodiment of the invention, which is similar to the embodiment 3100 from the 31A and 31B , This solar cell 3300 is shown to be a two-dimensional array of square, n-type regions 3310 on it, that of a grid-shaped top electrode 3308 are surrounded. Trench-based electrodes formed as parallel strips 3304 are also adjacent to floors of respective trenches (not shown in FIG 33 ) intended. But unlike the solar cell 3100 from the 31A and 31B The trench-based electrodes formed as parallel strips extend 3304 at an angle relative to the electrodes 3104 out 31A and 31B ,
34A ist eine Draufsicht auf eine integrierte Schaltung
einer Solarzelle 3400 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 34B ist eine Querschnittsansicht der Ausführungsform
der Solarzelle aus 34A entlang der Linie I-I',
und 34C ist eine Querschnittsansicht
der Ausführungsform der Solarzelle aus 34A entlang der Linie II-II'. Somit ist wie in 34B und 34C dargestellt
ein kreuz und quer verlaufendes Gitter von grabenbasierten Elektroden 3404 innerhalb
eines p-leitenden Substrates 3402 vergraben. Dieser p-leitende
Substratbereich 3402 bildet jeweilige gleichrichtende pn-Übergänge
mit einem Array von quadratischen n-leitenden Bereichen 3410.
Eine gitterförmige Elektrode 3408 ist außerdem
vorgesehen, die elektrisch mit den n-leitenden Bereichen 3410 verbunden
ist. Diese gitterförmige Elektrode 3408 ist elektrisch
isoliert von dem Substratbereich 3402 durch elektrisch
isolierende Abstandshalter 3409 (z. B. Siliziumdioxidabstandshalter). 34A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3400 according to an additional embodiment of the present invention, 34B is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 34A along the line I-I ', and 34C is a cross-sectional view of the embodiment of the solar cell 34A along the line II-II '. Thus, as in 34B and 34C illustrated a criss-cross grid of trench-based electrodes 3404 within a p-type substrate 3402 buried. This p-type substrate region 3402 forms respective rectifying pn junctions with an array of square n-type regions 3410 , A grid-shaped electrode 3408 is also provided, which electrically with the n-type regions 3410 connected is. This grid-shaped electrode 3408 is electrically isolated from the substrate area 3402 by electrically insulating spacers 3409 (eg silicon dioxide spacers).
35A ist eine Draufsicht auf eine integrierte
Schaltung einer Solarzelle 3500 gemäß einer zusätzlichen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich
zu der Ausführungsform aus 34A bis 34C ist. Wie dargestellt, ist ein kreuz und quer
verlaufendes Gitter von grabenbasierten Elektroden 3504 innerhalb
eines p-leitenden Substratbereichs vergraben, der jeweilige gleichrichtende
pn-Übergänge mit einem Array von quadratischen
n-leitenden Bereichen 3510 bildet. Eine gitterförmige
Elektrode 3508 ist außerdem vorgesehen, die elektrisch
mit den n-leitenden Bereichen 3510 verbunden ist. 35A is a plan view of an integrated circuit of a solar cell 3500 according to an additional embodiment of the present invention, which is similar to the embodiment of 34A to 34C is. As shown, there is a criss-cross grid of trench-based electrodes 3504 buried within a p-type substrate region, the respective rectifying pn junctions with an array of square n-type regions 3510 forms. A grid-shaped electrode 3508 is also provided, which electrically with the n-type regions 3510 connected is.
36A ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle 3600 gemäß einer
zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung und 36B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 3600 aus 36A entlang der Linie I-I'. Wie in den 36A und 36B dargestellt,
ist eine Mehrzahl von relativ dünnen streifenförmigen
Elektroden 3608 auf einer Lichtaufnahmeoberfläche
der Solarzelle 3600 entlang einer Mehrzahl von streifenförmigen
n-leitenden Bereichen 3610 vorgesehen, die jeweilige pn-Übergänge
mit einem darunterliegenden Substratbereich 3602 (z. B.
p-leitend) bilden. Diese Elektroden 3608 sind elektrisch
isoliert von dem darunterliegenden Substratbereich 3602 durch
elektrisch isolierende Abstandshalter 3609 (z. B. Oxidabstandshalter).
Die 36A und 36B stellen
außerdem grabenbasierte Elektroden 2604 dar, die
sich parallel zu n-leitenden Bereichen 3610 und den streifenförmigen
Elektroden 3608 erstrecken. Diese Elektroden 3604 sind
elektrisch verbunden mit dem Substratbereich 3602, und
sind elektrisch iso liert von angrenzenden n-leitenden Bereichen 3610 durch
elektrisch isolierende Abstandshalter 3606. 36A is a plan view of a solar cell 3600 according to an additional embodiment of the invention and 36B is a cross-sectional view of the solar cell 3600 out 36A along the line I-I '. As in the 36A and 36B is a plurality of relatively thin strip-shaped electrodes 3608 on a light-receiving surface of the solar cell 3600 along a plurality of strip-shaped n-type regions 3610 provided, the respective pn junctions with an underlying substrate area 3602 (eg, p-type). These electrodes 3608 are electrically isolated from the underlying substrate area 3602 by electrically insulating spacers 3609 (eg oxide spacers). The 36A and 36B also provide trench-based electrodes 2604 which are parallel to n-type regions 3610 and the strip-shaped electrodes 3608 extend. These electrodes 3604 are electrically connected to the substrate area 3602 , and are electrically isolated from adjacent n-type regions 3610 by electrically insulating spacers 3606 ,
37A ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle 3700 gemäß einer
zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung und 37B ist eine Querschnittsansicht der Solarzelle 3700 aus 37A entlang der Linie I-I'. Wie in 37A und 37B dargestellt,
ist eine Mehrzahl von relativ dünnen streifenförmigen
Elektroden 3708 auf einer Lichtaufnahmeoberfläche
der Solarzelle 3700 vorgesehen, wobei jede Elektrode 3708 zwischen
einem Paar von streifenförmigen n-leitenden Bereichen 3710 sandwichartig
eingeschlossen ist, die jeweilige pn-Übergänge mit
einem darunterliegenden Substratbereich 3702 (z. B. p-leitend)
bilden. Diese Elektroden 3708 sind elektrisch isoliert
von dem darunterliegenden Substratbereich 3702 durch elektrisch
isolierende Abstandshalter 3709 (z. B. Oxidabstandshalter).
Die 37A und 37B zeigen
außerdem grabenbasierte Elektroden 3704, die sich
parallel zu den n-leitenden Bereichen 3710 und den streifenförmigen Elektroden 3708 erstrecken.
Diese Elektroden 3704 sind elektrisch verbunden mit dem
Substratbereich 3702, und sind elektrisch isoliert von
angrenzenden n-leitenden Bereichen 3710 durch elektrisch
isolierende Abstandshalter 3706. 37A is a plan view of a solar cell 3700 according to an additional embodiment of the invention and 37B is a cross-sectional view of the solar cell 3700 out 37A along the line I-I '. As in 37A and 37B is a plurality of relatively thin strip-shaped electrodes 3708 on a light-receiving surface of the solar cell 3700 provided, each electrode 3708 between a pair of striped n-type regions 3710 sandwiched, the respective pn junctions with an underlying substrate region 3702 (eg, p-type). These electrodes 3708 are electrically isolated from the underlying substrate area 3702 by electrically insulating spacers 3709 (eg oxide spacers). The 37A and 37B also show trench-based electrodes 3704 that are parallel to the n-type regions 3710 and the strip-shaped electrodes 3708 extend. These electrodes 3704 are electrically connected to the substrate area 3702 , and are electrically isolated from adjacent n-type regions 3710 by electrically insulating spacers 3706 ,
In
den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden typische bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung offenbart und obwohl bestimmte
Begriffe verwendet werden, werden diese nur in einem allgemeinen
und beschreibenden Sinn und nicht zum Zwecke der Beschränkung
verwendet, wobei der Umfang der Erfindung in den folgenden Ansprüchen ausgeführt
wird.In
The drawings and in the description were typical preferred
Embodiments of the invention disclosed and although certain
Terms are used, these are only in a general
and descriptive sense and not for the purpose of limitation
the scope of the invention is set forth in the following claims
becomes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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