DE102009021971A1 - Method for manufacturing solar cell utilized for power generation, involves completely covering surface of substrates by intermediate layer or secondary product till completion of diffusion process - Google Patents

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Abstract

The method involves providing of p-or n-doped semiconductor substrates i.e. silicon, and diffusing of n-doped and p-doped atoms for production of wafers with an emitter (12). A rear side and an upper side of the p-or n-doped semiconductor substrates are contacted. An intermediate layer i.e. oxide layer, that is semi-transparent for doped atom is applied on a surface of the substrates, before completion of the diffusion. The intermediate layer or a secondary product completely covers the surface till completion of diffusion process. A silicon oxide layer is produced in a reaction chamber. An independent claim is also included for a solar cell that comprises a base.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Solarzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 16.The The invention relates to a method for producing a solar cell with the features of the preamble of claim 1 and a Solar cell with the features of the preamble of the claim 16th

Solarzellen dienen der Stromerzeugung unter Ausnutzung von Licht, also von elektromagnetischer Strahlung, deren Wellenlänge insbesondere, aber nicht zwingend, im sichtbaren Spektralbereich liegt. Mit der Verwendung des Wortes „Licht” in diesem Dokument geht keine Beschränkung auf den sichtbaren Spektralbereich einher.solar cells are used to generate electricity using light, ie electromagnetic Radiation whose wavelength especially, but not necessarily, is in the visible spectral range. With the use of the word "light" in this Document is not restricted accompanied by the visible spectral range.

Der physikalische Effekt, auf dem diese Art der Stromerzeugung beruht, ist der innere Photoeffekt, genauer der photovoltaische Effekt. Beim inneren Photoeffekt, der bei Halbleitern auftritt, werden durch Wechselwirkung mit dem eingestrahlten Licht Elektronen aus dem Valenzband ins Leitungsband gehoben, also Elektron-Loch-Paare erzeugt, die die Leitfähigkeit des Halbleiters erhöhen.Of the physical effect on which this type of power generation is based, is the internal photo effect, more precisely the photovoltaic effect. The internal photoelectric effect that occurs in semiconductors are through Interaction with the incident light electrons from the valence band lifted into the conduction band, so electron-hole pairs generated, the the conductivity of the semiconductor.

Um eine derartige Ladungstrennung effizient zur Stromerzeugung nutzen zu können, ist es notwendig, eine Rekombination zu verhindern und die Ladungsträger gerichtet abzuführen. Dies kann durch Bereitstellung eines über den Erzeugungsbereich der Ladungsträger abfallenden elektrischen Felds erreicht werden. Eine einfache Möglichkeit, ein geeignetes elektrisches Feld im Halbleiter zu erzeugen liegt darin, durch geeignete Dotierung des Halbleiters einen Übergang zwischen einer p-Dotierung und einer n-Dotierung zu schaffen.Around Use such a charge separation efficiently for power generation to be able to it is necessary to prevent recombination and to direct the charge carriers dissipate. This can be done by providing an over the generating area of the charge carrier falling electric field can be achieved. An easy way to generate a suitable electric field in the semiconductor therein, by appropriate doping of the semiconductor, a transition to create between a p-type doping and an n-type doping.

An einem p-n-Übergang kommt es zur Ausbildung von Raumladungen, da die jeweiligen Majoritätsladungsträger in den jeweils anders dotierten Bereich diffundieren und ein entsprechendes elektrisches Feld hervorrufen, durch das im Übergangsbereich erzeugte Ladungsträger in die entsprechende Richtung abgesaugt werden. Der Bereich mit dem elektrischen Feld wird als Raumladungszone bezeichnet.At a p-n junction it comes to the formation of space charges, as the respective majority carriers in the each differently doped area diffuse and a corresponding elicit electrical field through the charge carriers generated in the transition region in the be sucked off corresponding direction. The area with the electric Field is called the space charge zone.

Eine Solarzelle hat typischerweise folgenden Aufbau: Die Seite, welche dem Licht zugewandt ist, wird im Folgenden als „Oberseite” bezeichnet. Es erfolgt eine oberflächennahe starke n- oder p-Dotierung, typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 1020 cm–3 bis 1021 cm–3, eines schwächer, typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 1015 cm–3 bis 1016 cm–3, p- oder n-dotierten Substrats. Die stark dotierte Schicht wird üblicherweise als Emitter bezeichnet, die schwach dotierte Schicht als Basis. Um die Rekombination an der Rückseite zu minimieren wird dort meist eine starke Dotierung, das Back Surface Field, angebracht – stark p-dotiert für eine p-Basis oder stark n-dotiert für eine n-Basis. Dies spiegelt Ladungsträger in Richtung Raumladungszone und Emitter.A solar cell typically has the following structure: The side which faces the light is referred to below as the "top side". There is a near-surface strong n- or p-type doping, typically with a doping level of 10 20 cm -3 to 10 21 cm -3 , one weaker, typically with a doping level of 10 15 cm -3 to 10 16 cm -3 , p - or n-doped substrate. The heavily doped layer is commonly referred to as an emitter, the weakly doped layer as a base. In order to minimize the recombination at the back, a strong doping, the back surface field, is usually applied there - heavily p-doped for a p-base or heavily n-doped for an n-base. This reflects charge carriers in the direction of space charge zone and emitter.

Einfallendes Licht, welches zur Stromerzeugung genutzt wird, wird in der Basis, dem Back Surface Field, dem Emitter oder in der Raumladungszone – unter Erzeugung eines Elektronen-Loch-Paares – absorbiert. Die zur Stromerzeugung benötigten Minoritätsladungsträger werden in der Raumladungszone durch das elektrische Feld zu den richtigen Kontakten hin gezogen. In den übrigen Bereichen des Substrats diffundieren die Ladungsträger und können so – wenn sie nicht rekombinieren – die Raumladungszone erreichen.incident Light, which is used to generate electricity, is in the base, the back surface field, the emitter or in the space charge zone - under Generation of an electron-hole pair - absorbed. The power needed to generate electricity Minority carriers in the space charge zone through the electric field to the right contacts pulled out. In the rest Areas of the substrate diffuse the charge carriers and thus can - if they do not recombine - the space charge zone to reach.

Im stark dotierten Emitter rekombinieren die Minoritätsladungsträger leicht, daher möchte man den Emitter möglichst dünn und niedrig dotiert gestalten.in the heavily doped emitters easily recombine the minority carriers, therefore would like if possible the emitter thin and low doped shape.

Um die Solarzelle bestimmungsgemäß zur Stromerzeugung nutzen zu können ist es weiter notwendig, Basis und Emitter zu kontaktieren. Dies geschieht an der Unterseite z. B. mit einem Flächenkontakt. An der Oberseite ist dies nicht wünschenswert, da dadurch der Lichteinfall abgeschirmt würde. Daher ist auf der Oberseite der Solarzelle in der Regel lediglich ein finger- oder gitterartiger Kontakt vorgesehen, der insbesondere über Verwendung von Metall-Pasten erreicht wird.Around the solar cell as intended for power generation to be able to use it is still necessary to contact base and emitter. This happens at the bottom z. B. with a surface contact. At the top this is not desirable because thus the incidence of light would be shielded. Therefore, on the top the solar cell usually only a finger or grid-like Contact provided, in particular, about the use of metal pastes is reached.

Ein typischer Hauptbestandteil von Pasten für die Kontaktierung von p-dotierten Oberflächen ist Aluminium, für die Kontaktierung von n-dotierten Oberflächen ist Silber.One typical main component of pastes for the contacting of p-doped surfaces is aluminum, for the contacting of n-doped surfaces is silver.

Insbesondere für finger- und gitterartige Kontakte ergibt sich dabei das Problem, dass ein niedriger Kontaktwiderstand umso einfacher zu erzielen ist, je niedriger der Schichtwiderstand des zu kontaktierenden Emitters ist. Der Schichtwiderstand wird üblicherweise in der Einheit Ω/sq angegeben und typischerweise durch eine Vierpunktmessung mit bestimmt. Emitter mit geringem Schichtwiderstand weisen aber eine hohe Oberflächen-Rekombinationsrate auf, was sich nachteilig auf die Effizienz einer Solarzelle auswirkt.Especially for finger and lattice-type contacts gives rise to the problem that a The lower the contact resistance, the easier it is to achieve the sheet resistance of the emitter to be contacted is. The sheet resistance becomes common in the unit Ω / sq indicated and typically determined by a four-point measurement. However, low-layer-resistance emitters have a high surface recombination rate, which adversely affects the efficiency of a solar cell.

Aus dem Stand der Technik sind bislang zwei Ansätze bekannt, um dieses Problem zu umgehen. Bei industrieller Massenproduktion wird der Schichtwiderstand des zu kontaktierenden Emitters auf einen Wert beschränkt, der noch eine Kontaktierung ermöglicht. Typische erreichte Werte liegen hier in Abhängigkeit von der für die Kontaktierung verwendeten Metallpaste zwischen 50 Ω/sq und 75 Ω/sq. Dabei wird wegen der mit solchen Schichtwiderständen verbundenen signifikanten Oberflächenrekombination eine klare Verschlechterung des Wirkungsgrades in Kauf genommen.To date, two approaches are known in the prior art to circumvent this problem. In industrial mass production, the sheet resistance of the emitter to be contacted is limited to a value that still allows a contact. Typical values achieved here are between 50 Ω / sq and 75 Ω / sq, depending on the metal paste used for the contacting. In this case, because of the associated with such sheet resistors significant surface recombination a clear deterioration of the Wirkungsgra of the accepted.

Ebenfalls ist es bekannt, Solarzellen mit selektivem Emitter herzustellen. Dabei wird der Bereich unter den Kontaktfingern durch entsprechende Kontrolle des Diffusionsprozesses gezielt als niederohmiger, gut kontaktierbarer Emitter gestaltet, während im Bereich zwischen den Kontaktfingern ein hochohmiger Emitter erzeugt wird. Diese Vorgehensweise führt zu einem besseren Wirkungsgrad, ist jedoch teuer, da eine größere Anzahl von Prozessschritten nötig ist.Also It is known to produce solar cells with selective emitter. In this case, the area under the contact fingers by corresponding Control of the diffusion process targeted as low impedance, good contactable emitter is designed while in the area between the Contact fingers a high-impedance emitter is generated. This approach leads to better efficiency, but is expensive because a larger number of process steps is necessary.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und eine Solarzelle bereitzustellen, die einen hochohmigen, aber dennoch gut kontaktierbaren Emitter aufweist.The The object of the invention is a process for the preparation a solar cell and a solar cell to provide a has high-impedance, yet good contactable emitter.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is solved by a process for producing a solar cell having the features of claim 1 and a solar cell with the features of Claim 16. Advantageous embodiments and developments The invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der Kontaktwiderstand eines hochohmigen Emitters reduziert werden kann, wenn auf die Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats vor der Beendigung des Eindiffundierens eine für Dotierungsatome semitransparente Zwischenschicht aufgebracht wird, wobei die Zwischenschicht oder ein aus ihr entstandenes Folgeprodukt bis zum Abschluss des Diffusionsprozesses die Oberfläche komplett überdeckt.The Invention is based on the finding that the contact resistance a high - impedance emitter can be reduced when placed on the surface of the p- or n-doped semiconductor substrate before the completion of the Eindiffundierens one for Doping atoms semitransparent intermediate layer is applied, the intermediate layer or a derived product derived from it until the completion of the diffusion process, the surface completely covered.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle muss ein p- oder n-dotiertes Halbleitersubstrat bereitgestellt werden. Zur Erzeugung eines Emitters wird ein Eindiffundieren von n-Dotierungsatomen bei Verwendung eines p-dotierten Halbleitersubstrats oder von p-Dotierungsatomen bei Verwendung eines n-dotierten Halbleitersubstrats in die Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats vorgenommen. Allerdings wird erfindungsgemäß vor dem Abschluss des Diffusionsprozesses die Oberfläche mit einer für die Dotierungsatome semitransparenten Zwischenschicht überdeckt. Diese Zwischenschicht oder ein aus ihr entstandenes Folgeprodukt überdeckt die Oberfläche bis zum Abschluss des Diffusionsprozesses komplett, was sie insbesondere von Zwischenschichten zur Maskierung, wie sie bei der Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter verwendet werden, unterscheidet. Der Diffusionsprozess wird dabei als beendet angesehen, wenn der gewünschte Schichtwiderstand erreicht ist. Weitere Hochtemperaturschritte, wie z. B. PECVD-Prozesse oder Sintern, die grundsätzlich das erzielte Diffusionsprofil noch beeinflussen können, gelten nicht als Teil des Diffusionsschrittes gemäß dieser Patentschrift.to execution the method according to the invention for the production of a solar cell must be a p- or n-doped semiconductor substrate to be provided. To create an emitter will be an indiffusion of n-type dopant atoms using a p-type semiconductor substrate or of p-doping atoms when using an n-doped semiconductor substrate in the surface of the made p- or n-doped semiconductor substrate. Indeed is inventively before Completing the diffusion process the surface with one for the dopant atoms Semitransparent intermediate layer covered. This intermediate layer or a derived product from it covers the surface until to complete the diffusion process completely, what they in particular of intermediate layers for masking, as used in the production of Solar cells with selective emitter used differs. The diffusion process is considered to be finished when the desired sheet resistance is reached. Further high temperature steps, such. B. PECVD processes or sintering, basically can influence the achieved diffusion profile, apply not as part of the diffusion step according to this patent.

Schließlich werden Rückseite und Oberseite des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats mit Kontakten versehen.Finally back and top of the p- or n-doped Semiconductor substrate provided with contacts.

Vorteilhaft ist es, wenn nach dem Abschluss des Eindiffundierens die Oberfläche des entstandenen Emitters geätzt wird, um Rückstände des Diffusionsprozesses und die Zwischenschicht oder deren Folgeprodukt zu beseitigen, da dadurch eine verbesserte Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität des während des Eindiffundierens eingestellten Schichtwiderstandes gewährleistet werden kann.Advantageous is when, after the completion of the indiffusion, the surface of the etched emitter etched is going to be residues of the Diffusion process and the intermediate layer or its secondary product because this improved reproducibility and Long-term stability during the the Eindiffundens set sheet resistance ensured can be.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das bereitgestellte Substrat einer Oberflächenbehandlung zur Erzeugung einer texturierten Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats unterzogen. Dadurch wird erreicht, dass die jeweils aufgebrachte Zwischenschicht – vermutlich als Konsequenz aus mechanischen Spannungen, die beim Filmwachstum auftreten – in Abhängigkeit von der Texturierung variierende Eigenschaften haben. Durch sie wird das Eindiffundieren der Dotierungsatome an unterschiedlichen Stellen der Textur, etwa an lokalen Minima und Maxima der texturierten Oberfläche, unterschiedlich stark gehemmt, wodurch auf eine besonders einfache Weise eine lokale Änderung des Dotierungsgrades erreicht wird.In a particularly preferred embodiment For example, the substrate provided will undergo a surface treatment to produce a textured surface subjected to the p- or n-doped semiconductor substrate. Thereby is achieved that the respective applied intermediate layer - presumably as a consequence of mechanical stresses that occur during film growth occur - in dependence have varying properties of texturing. Through her the diffusion of the doping atoms at different Placement of the texture, such as local minima and maxima of the textured surface, varies strongly inhibited, which makes a local change in a particularly simple way the degree of doping is achieved.

Als besonders geeignet haben sich Zwischenschichten erwiesen, die eine texturabhängige Dickenvariation aufweisen, da diese eine besonders einfache und direkte Kontrolle der lokalen Konzentration und/oder des erzielten lokalen Diffusionsprofils der Dotierungsatome, die beim Eindiffundieren eingestellt wird, erlauben. Die Maxima und Minima des Dotierungsgrades und/oder die maximalen und minimalen Variationen des Diffusionsprofils liegen dabei so dicht beieinander, dass jeder der später auf die Oberseite aufzubringenden Kontaktfinger mehrere Maxima und Minima überdeckt.When Interfacial layers which have a texture-dependent thickness variation Since this is a particularly simple and direct control the local concentration and / or the achieved local diffusion profile of the Doping atoms that are set when diffusing allow. The maxima and minima of the degree of doping and / or the maximum and minimal variations of the diffusion profile are so close together, that each of the later to be applied to the top Contact fingers covered several maxima and minima.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn man, statt die Zwischenschicht vor dem Schritt des Eindiffundierens aufzubringen, vor dem Aufbringen der Zwischenschicht einen Teil der gewünschten Dotierungsatome eindiffundieren lässt, da dadurch die für das Aufbringen der Zwischenschicht benötigte Zeit reduziert wird. Die Oberflächenkonzentration durch diese Diffusion sollte über 1020 cm–3 liegen.It is particularly advantageous if, instead of applying the intermediate layer before the step of diffusion, it is possible to diffuse part of the desired doping atoms before applying the intermediate layer, since this reduces the time required for the application of the intermediate layer. The surface concentration by this diffusion should be above 10 20 cm -3 .

Besonders gut eignen sich als Zwischenschichten Oxidschichten, da diese sich leicht und gut kontrollierbar erzeugen lassen und zudem bereits dünne Oxidschichten die Diffusion der Dotierungsatome effektiv behindern können.Especially Good as intermediate layers oxide layers, as these are can be produced easily and easily controllable and also already thin oxide layers can effectively hinder the diffusion of the doping atoms.

Die Parameter zur Erzeugung der Zwischenschicht und/oder die Parameter des Diffusionsprozesses werden bevorzugt so eingestellt, dass der durch das Eindiffundieren erzeugte Emitter nach dem Eindiffundieren einen Schichtwiderstand hat, der größer als 80 Ω/sq ist, um Rekombinationsprozesse effektiv zu unterdrücken.The parameters for generating the intermediate Layer and / or the parameters of the diffusion process are preferably adjusted so that the emitter generated by the diffusion after diffusion has a sheet resistance greater than 80 Ω / sq to effectively suppress recombination processes.

Als p- oder n-dotiertes Halbleitersubstrat eignet sich insbesondere wegen der guten Beherrschbarkeit der für die Solarzellenherstellung eingesetzten Siliziumtechnologien und der guten Verfügbarkeit von Silizium p- oder n-dotiertes Silizium. Insbesondere bieten sich Bor zur p-Dotierung und Phosphor zur n-Dotierung an. Dabei sind sowohl multikristalline als auch Czochralski-gewachsene Siliziumsubstrate einsetzbar. Für diese Halbleitersubstrate hat sich die Verwendung einer Zwischenschicht aus SiOx oder SiO2 mit einer mittleren Dicke zwischen 10 nm und 50 nm und dieser überlagerter Dickenvariation besonders bewährt.As a p- or n-doped semiconductor substrate is particularly suitable because of the good controllability of the silicon technologies used for solar cell production and the good availability of silicon p- or n-doped silicon. In particular, boron is suitable for p-type doping and phosphorus for n-type doping. Both multicrystalline and Czochralski-grown silicon substrates can be used. For these semiconductor substrates, the use of an intermediate layer of SiO x or SiO 2 with an average thickness between 10 nm and 50 nm and this superimposed thickness variation has proven particularly useful.

Eine solche Schicht lässt sich besonders gut mittels trockener, thermischer Oxidation (dry thermal oxidation) oder mittels nasser, thermischer Oxidation (wet thermal oxidation) erzeugen, denkbar sind aber auch durch spin-on aufgebrachtes Oxid aus chemischen Lösungen oder mit CVD (chemical vapour deposition), z. B. PECVD oder LPCVD, aufgebrachtes SiOx. Geeignete Schichten werden erreicht, wenn die Oxidation für zwischen 10 und 120 Minuten bei Temperaturen von mehr als 850°C durchgeführt wird.Such a layer can be produced particularly well by dry, thermal oxidation or by wet thermal oxidation, but it is also conceivable by spin-on applied oxide from chemical solutions or by CVD (chemical vapor deposition ), z. As PECVD or LPCVD, applied SiO x . Suitable layers are achieved when the oxidation is carried out for between 10 and 120 minutes at temperatures greater than 850 ° C.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die trockene, thermische Oxidation oder die nasse, thermische Oxidation in demselben Reaktionsraum wie das Eindiffundieren durchgeführt wird. Insbesondere können beide Schritte nacheinander in einem Rohrofen erfolgen, ohne dass der zu bearbeitende Wafer zwischenzeitlich diesen verlassen muss. Dies führt zu Zeitersparnis im Herstellungsprozess.Especially it is advantageous if the dry, thermal oxidation or the wet, thermal oxidation in the same reaction space as the Diffusing done becomes. In particular, both can Steps one after the other in a tube furnace, without the In the meantime, the wafer to be processed must leave it. This leads to Time savings in the manufacturing process.

Beim Eindiffundieren der Dotierungsatome haben sich bei p-dotierten Siliziumsubstraten POCl3 und bei n-dotierten Siliziumsubstraten BBr3 als Quellen für die Dotierungsatome besonders bewährt.When the doping atoms have diffused in, POCl 3 and, in the case of n-doped silicon substrates BBr 3, p-doped silicon substrates have proven to be particularly suitable as sources for the doping atoms.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass nach dem Ätzen der Diffusionsreste von der texturierten Oberfläche des Emitters und vor dem Kontaktieren der Rückseite und/oder der texturierten Seite des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats eine Antireflexschicht auf die texturierte Oberfläche des Emitters aufgebracht wird. Für Siliziumbasierte Systeme hat sich hier eine SixNy-Schicht besonders bewährt. Um trotz dieser Zwischenschicht eine gute Kontaktierung herstellen zu können, könnte diese grundsätzlich vor der Kontaktierung an den zu kontaktierenden Stellen z. B. mit einem Laser entfernt werden, für industrielle Anwendungen ist es aber günstiger, die als Kontakte aufgebrachten Metallisierungen oder metallischen Pasten durch eine weitere, oft als „Firing” bezeichnete thermische Behandlung nach der Kontaktierung in die Antireflexschicht einzubrennen und in den Emitter einzusintern und so den elektrischen Kontakt zum Emitter sicherzustellen.A particularly advantageous embodiment of the method provides that after the etching of the diffusion residues from the textured surface of the emitter and before contacting the back side and / or the textured side of the p- or n-doped semiconductor substrate, an antireflection layer is applied to the textured surface of the emitter becomes. For silicon-based systems, a Si x N y layer has proven particularly useful here. In order to be able to produce a good contact despite this intermediate layer, this could in principle prior to contacting at the sites to be contacted z. B. be removed with a laser, but for industrial applications, it is cheaper to burn the applied as contacts metallizations or metallic pastes by another, often referred to as "firing" thermal treatment after contacting in the antireflection layer and sintered into the emitter and so to ensure electrical contact with the emitter.

Die erfindungsgemäße Solarzelle hat eine kontaktierte Basis und einen kontaktierten Emitter, wobei der Emitter oder die Basis eine der Kontaktierung zugewandte Oberflächentextur mit lokalen Maxima und Minima aufweist, und wobei die Kontaktierung mehr als eins der lokalen Maxima überdeckt. Dabei weist der texturierte Emitter und/oder die texturierte Basis zwischen den lokalen Maxima der Oberflächentextur und benachbarten lokalen Minima der Oberflächentextur eine Änderung der Konzentration der Dotierungsatome oder eine Änderung des lokalen Verteilungsprofils der Dotierungsatome auf. Durch die lokalisierten Änderungen in der Konzentration der Umgebungsatome wird durch hochdotierte Bereiche eine gute Kontaktierung ermöglicht, während niedrig dotierte Bereiche einen hohen Schichtwiderstand und somit eine geringe Rekombinationswahrscheinlichkeit garantieren.The Solar cell according to the invention has a contacted base and a contacted emitter, where the emitter or base has a surface texture facing the contact having local maxima and minima, and wherein the contacting more than one of the local maxima is covered. This indicates the textured Emitter and / or the textured base between the local maxima the surface texture and adjacent local minima of the surface texture a change the concentration of the doping atoms or a change in the local distribution profile the doping atoms on. Through the localized changes in the concentration of ambient atoms is due to highly doped areas enables a good contact while low doped regions have a high sheet resistance and thus guarantee a low recombination probability.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren weiter erläutert. Es zeigt:The Invention will be further explained with reference to the following figures. It shows:

1 einen schematische zweidimensionale Darstellung eines Schnitts durch eine erfindungsgemäße Solarzelle 1 a schematic two-dimensional representation of a section through a solar cell according to the invention

2 ein Blockdiagramm eines Prozesses zur Herstellung einer Ausführungsform der Erfindung 2 a block diagram of a process for producing an embodiment of the invention

1 zeigt eine schematische zweidimensionale Darstellung eines Schnitts durch eine Solarzelle 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei deutet der Pfeil die Einstrahlrichtung des Lichts auf die Solarzelle 10 an; dementsprechend ist die Oberseite der Solarzelle 10 die dem Pfeil nähere Seite und die Unterseite der Solarzelle 10 die dem Pfeil entferntere Seite. Die Solarzelle 10 hat eine z. B. mit einem Dotierungsgrad von 1016 cm–3 Atomen p-dotierten Basis 11 und einen an die Basis 11 in Richtung auf die Oberseite der Solarzelle 10 hin angrenzenden, stark – z. B. mit einem Dotierungsgrad von 1020 cm–3 oder 1021 cm–3 Atomen – n-dotierten Emitter 12, der zur Oberseite der Solarzelle 10 hin mit einer Antireflexschicht 13 bedeckt ist. Eine typische Dicke für die Basis 11 ist 200 μm. Eine typische Dicke für den Emitter 12 ist 0,25 μm. Der in 1 scharf dargestellte Übergang zwischen Basis 11 und Emitter 12 ist in der Realität eine Übergangsschicht, die typischerweise 0,3 μm dick ist. Die Basis 11 ist an der Unterseite der Solarzelle mit einem Flächenkontakt 14 kontaktiert, der beispielsweise aus Aluminium oder einer aluminiumhaltigen Paste bestehen kann. Der an den Flächenkontakt 14 angrenzende Bereich der Basis 11 ist vorteilhafterweise mit einer starken Dotierung von typischerweise 1020 cm–3 Atomen, dem Back Surface Field 16, versehen – stark p-dotiert für eine p-Basis oder stark n-dotiert für eine n-Basis. Dies spiegelt Ladungsträger in Richtung Raumladungszone und Emitter. 1 shows a schematic two-dimensional representation of a section through a solar cell 10 according to an embodiment of the invention. In this case, the arrow points the irradiation direction of the light on the solar cell 10 at; accordingly, the top of the solar cell 10 the closer side of the arrow and the bottom of the solar cell 10 the side farther from the arrow. The solar cell 10 has a z. B. with a doping level of 10 16 cm -3 atoms p-doped base 11 and one to the base 11 towards the top of the solar cell 10 adjacent, strong - z. B. with a doping degree of 10 20 cm -3 or 10 21 cm -3 atoms - n-doped emitter 12 leading to the top of the solar cell 10 out with an antireflection coating 13 is covered. A typical thickness for the base 11 is 200 μm. A typical thickness for the emitter 12 is 0.25 μm. The in 1 sharp transition between base 11 and emitter 12 is in reality a transition layer which is typically 0.3 μm thick. The base 11 is at the bottom of the solar cell with a surface contact 14 contacted, which may for example consist of aluminum or an aluminum-containing paste. The to the surface contact 14 adjacent area the base 11 is advantageously with a heavy doping of typically 10 20 cm -3 atoms, the back surface field 16 , provided - heavily p-doped for a p-base or heavily n-doped for an n-base. This reflects charge carriers in the direction of space charge zone and emitter.

Der Emitter ist durch die Antireflexschicht hindurch mit einem Kontaktfinger 15 kontaktiert, der beispielsweise aus Silber oder einer silberhaltigen Paste bestehen kann.The emitter is through the antireflection layer with a contact finger 15 contacted, which may for example consist of silver or a silver-containing paste.

Der Emitter weist eine Oberflächentexturierung auf, die aus einer Vielzahl von Oberflächentexturen besteht. Die Form der einzelnen Oberflächentexturen ist vom jeweiligen Halbleitersubstrat und von der Art der, d. h. der Vorgehensweise bei der, Texturierung abhängig, bei Silizium handelt es sich um Pyramiden mit einer Höhe von bis zu 10 μm. In 1 ist ein Schnitt durch diese Pyramiden dargestellt. Die Pyramidenspitzen stellen lokale Maxima der Oberflächentexturierung dar, zwischen je zwei Pyramidenspitzen befindet sich ein lokales Minimum der Oberflächentexturierung. Die unter den lokalen Ma xima liegenden Bereiche 12a des Emitters und die unter den lokalen Minima liegenden Bereiche 12b des Emitters weisen dabei unterschiedliche Konzentrationen von Dotierungsatomen auf, die sich aus den durch die Form der Oberflächentexturen vorgegebenen Dickenvariationen innerhalb der während zumindest eines Teils des Schritts des Eindiffundierens der Dotierungsatome des Emitters vorhandenen Zwischenschicht ergeben. Wird auf den lokalen Maxima der Oberflächentexturierung eine besonders dünne Zwischenschicht ausgebildet, sind die Bereiche 12a besonders stark dotiert und stellen die gute Verbindung zu dem Kontaktfinger 15 her. Geschieht die Ausbildung einer besonders dünnen Zwischenschicht an den lokalen Minima der Texturierung, übernehmen die Bereiche 12b diese Funktion.The emitter has surface texturing consisting of a variety of surface textures. The shape of the individual surface textures depends on the respective semiconductor substrate and on the type of, ie the procedure for, texturing, in the case of silicon pyramids with a height of up to 10 μm. In 1 is a section through these pyramids shown. The pyramid peaks represent local maxima of the surface texturing, between each two pyramid peaks there is a local minimum of the surface texturing. The areas below the local maxima 12a of the emitter and the areas below the local minima 12b In this case, the emitter has different concentrations of doping atoms which result from the thickness variations predetermined by the shape of the surface textures within the intermediate layer present during at least part of the step of diffusion of the doping atoms of the emitter. If a particularly thin intermediate layer is formed on the local maxima of the surface texturing, the areas are 12a heavily doped and provide the good connection to the contact finger 15 ago. If the formation of a particularly thin intermediate layer occurs at the local minimums of texturing, the areas take over 12b this function.

2 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozesses zur Herstellung einer Ausführungsform der Erfindung. 2 Fig. 12 shows a block diagram of a process for making an embodiment of the invention.

Im Schritt 100 wird ein bor-dotierter Siliziumwafer bereitgestellt. Dazu werden Silizium-Blöcke aus hochreinem Silizium zu polykristallinen Blöcken gegossen oder Einkristalle mit dem Czochralski-Ziehverfahren gewonnen. Die Dotieratome werden der Schmelze beigemischt. Anschließend werden ca. 200 μm dicke Wafer aus den Blöcken gesägt. Neben diesen Verfahren gibt es noch weitere Standard-Verfahren, um dotierte Silizium Wafer herzustellen, z. B. durch Bandziehen von Silizium Folien.In step 100 a boron-doped silicon wafer is provided. For this purpose, silicon blocks made of high-purity silicon are cast into polycrystalline blocks or single crystals are obtained by the Czochralski drawing process. The doping atoms are added to the melt. Subsequently, about 200 microns thick wafers are sawn from the blocks. In addition to these methods, there are other standard methods for making doped silicon wafers, e.g. B. by tape drawing of silicon films.

Im Schritt 200 erfolgt die Oberflächentexturierung. Diese kann z. B. bei Verwendung eines monokristallin gewachsenen Siliziumsubstrats durch alkalisches Ätzen eines [100] Schnitts mit NaOH oder KOH, ggf. gemischt mit Isopropanol, erfolgen und führt zur Ausbildung von Pyramiden, da [100]-Ebenen schneller als [111] Ebenen des Silizium weggeätzt werden. Dabei werden zugleich etwaige Schäden, die beim Sägen der Wafer entstanden sein könnten, entfernt. Im Fall der Verwendung eines multikristallinen Substrats ist eine Texturierung durch Ätzen mit einer Lösung von HF, HNO3 und Wasser möglich.In step 200 the surface texturing takes place. This can, for. Example, when using a monocrystalline grown silicon substrate by alkaline etching of a [100] section with NaOH or KOH, optionally mixed with isopropanol, and leads to the formation of pyramids, since etched [100] levels faster than [111] levels of silicon become. At the same time, any damage that might have occurred during the sawing of the wafers is removed. In the case of using a multicrystalline substrate, texturing by etching with a solution of HF, HNO 3 and water is possible.

Im Schritt 300 wird die Zwischenschicht aufgebracht. Dies geschieht hier durch Erzeugung einer SiOx- oder SiO2-Schicht mittels trockener, thermischer Oxidation für zwischen 10 und 120 Minuten bei über 850°C, insbesondere für 105 Minuten bei 860°C. Die Oxidation findet bevorzugt in einem Rohrofen statt.In step 300 the intermediate layer is applied. This is done here by generating a SiO x or SiO 2 layer by means of dry, thermal oxidation for between 10 and 120 minutes at over 850 ° C, in particular for 105 minutes at 860 ° C. The oxidation preferably takes place in a tube furnace.

Grundsätzlich sind aber auch andere Möglichkeiten der Oxidation denkbar, z. B. durch nasse, thermische Oxidation, ein, beispielsweise durch spin-on, aufgebrachtes Oxid aus chemischen Lösungen oder mit CVD (chemical vapour deposition), z. B. PECVD oder LPCVD.Basically but also other possibilities the oxidation conceivable, for. By wet, thermal oxidation, a, for example by spin-on, applied oxide of chemical solutions or with CVD (chemical vapor deposition), z. PECVD or LPCVD.

Im Schritt 400 erfolgt die Eindiffusion von Phosphoratomen zur Erzeugung eines strukturierten Emitters. Dies ist zum Beispiel in einem Rohrofen unter Zufuhr von POCl3 in einem Trägergas, typischerweise Stickstoff, möglich. Dieses bildet an der Oberfläche, die benetzt wird, Phosphor-Silikat-Glas als Diffusionsquelle aus.In step 400 the diffusion of phosphorus atoms leads to the generation of a structured emitter. This is possible, for example, in a tube furnace supplying POCl 3 in a carrier gas, typically nitrogen. This forms on the surface, which is wetted, phosphorus-silicate glass as a diffusion source.

Es ist auch möglich, die Diffusionsquellen durch Aufsprühen oder Aufdrucken zu erzeugen und dann z. B. mit einem durch einen IR-Ofen laufenden Förderband Temperatur auszusetzen.It is possible, too, to generate the diffusion sources by spraying or imprinting and then z. B. with a running through an IR oven conveyor belt Temperature suspend.

Im Schritt 450 erfolgt die elektrische Isolation zwischen Emitter und Basis, indem von der Rückseite die Phosphor-Schicht entfernt wird. Alternativ kann dies auch nach Schritt 700 durch Einbringen eines Lasergrabens auf der Vorderseite, durch den Emitter hindurch, erfolgen.In step 450 the electrical insulation between emitter and base takes place by removing the phosphor layer from the rear side. Alternatively, this can also be done after step 700 by introducing a laser trench on the front, through the emitter, done.

Im Schritt 500 erfolgt das Abätzen des Phosphor-Silikat-Glases, das sogenannte PSG Ätzen, das z. B. mit 3%iger Flusssäure bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann. Alternativ kann das Abätzen beispielsweise durch Energieunterstütztes Plasmaätzen oder reaktives Ionenstrahlätzen erfolgen. Bei diesem Prozess wird gleichzeitig auch die erzeugte SiO2-Schicht bzw. das während der nach ihrer Erzeugung erfolgten Prozessschritte entstandene Folgeprodukt dieser Schicht entfernt.In step 500 Etching of the phosphosilicate glass, the so-called PSG etching, the z. B. can be performed with 3% hydrofluoric acid at room temperature. Alternatively, the etching can be carried out, for example, by energy-assisted plasma etching or reactive ion beam etching. In this process, the SiO 2 layer produced or the secondary product of this layer which has formed during the process steps that have taken place after its production is also removed at the same time.

Im Schritt 600 wird der Emitter mit einer Antireflexschicht versehen. Diese kann beispielsweise aus Siliziumnitrid bestehen und mittels SiNx-Sputtering, LPCVD (low pressure chemical vapour deposition) oder PECVD (plasma enhanced chemical vapour deposition) aufgebracht werden, wobei die letztgenannte Schicht besonders geeignet ist.In step 600 the emitter is provided with an antireflection coating. This can for example consist of silicon nitride and by SiN x sputtering, LPCVD (low pressure chemical vapor depositi On) or PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) are applied, the latter layer is particularly suitable.

Im Schritt 700 erfolgt dann die Kontaktierung von Basis und Emitter, z. B. durch Siebdruck einer gitterartigen Struktur mit silberhaltiger Paste auf die Vorderseite, weitgehend ganzflächigem Siebdruck mit aluminiumhaltiger Paste auf die Hinterseite und Siebdruck mit aluminium-silberhaltiger Paste von Strukturen zum Verlöten der Solarzellen auf die Hinterseite. Anschließend erfolgt das Einsintern der Pasten in einem Infrarot-Gürtelofen. Dort werden in verschiedenen Heiz-Zonen verschiedene Temperaturen eingestellt, die mit einer geeignet gewählten Bandgeschwindigkeit durchfahren werden.In step 700 then the contacting of base and emitter, z. B. by screen printing a grid-like structure with silver-containing paste on the front, largely ganzflächigem screen printing with aluminum-containing paste on the back and screen printing with aluminum-silver paste of structures for soldering the solar cells on the back. Subsequently, the sintering of the pastes takes place in an infrared belt furnace. There, different temperatures are set in different heating zones, which are traversed with a suitably selected belt speed.

1010
Solarzellesolar cell
1111
BasisBase
1212
Emitteremitter
12a12a
Bereich mit hoher/niedriger DotierungArea with high / low doping
12b12b
Bereich mit niedriger/hoher DotierungArea with low / high doping
1313
AntireflexschichtAnti-reflective coating
1414
Flächenkontaktsurface contact
1515
Kontaktfingercontact fingers
1616
Back Surface FieldBack Surface Field

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit den Schritten – Bereitstellen eines p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats – Eindiffundieren von n-Dotierungsatomen bei Verwendung eines p-dotierten Halbleitersubstrats oder von p-Dotierungsatomen bei Verwendung eines n-dotierten Halbleitersubstrats in die Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats zur Erzeugung von diffundierten Wafern mit einem Emitter (12) – Kontaktieren der Rückseite und der Oberseite des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats vor der Beendigung des Eindiffundierens eine für Dotierungsatome semitransparenten Zwischenschicht aufgebracht wird, wobei diese Zwischenschicht oder ein aus ihr entstandenes Folgeprodukt bis zum Abschluss des Diffusionsprozesses die Oberfläche komplett überdeckt.Method of producing a solar cell comprising the steps of providing a p- or n-doped semiconductor substrate - diffusing n-doping atoms when using a p-doped semiconductor substrate or p-doping atoms when using an n-doped semiconductor substrate in the surface of the p- or n-doped semiconductor substrate for producing diffused wafers with an emitter ( 12 ) - contacting the back and the top of the p- or n-doped semiconductor substrate, characterized in that is applied to the surface of the p- or n-doped semiconductor substrate prior to the completion of Eindiffundens a semitransparent for doping atoms intermediate layer, said intermediate layer or one of their resulting secondary product until the completion of the diffusion process completely covers the surface. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Eindiffundieren ein Abätzen der Rückstände des Eindiffundierens von den diffundierten Wafern zur Entfernung von Rückständen des Eindiffundierens und der Zwischenschicht oder eines aus ihr entstandenen Folgeproduktes erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that that after the diffusion in an etching of the residues of the Eindiffundier of the diffused wafers for removing residues of Eindiffundier and the intermediate layer or a secondary product resulting from it he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Bereitstellen des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats eine Oberflächenbehandlung zur Erzeugung einer texturierten Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats erfolgt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that after provision of the p- or n-doped semiconductor substrate a surface treatment for producing a textured surface of the p- or n-doped Semiconductor substrate takes place. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht auf einer Längenskala, die kleiner als die Breite der Kontakte auf der Oberseite des p- oder n-dotierten Halbeitersubstrats ist, variiert.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the thickness of the intermediate layer is on a length scale, which is smaller than the width of the contacts on top of the p- or n-doped ones Halbeitersubstrats is varied. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Eindiffundieren von n-Dotierungsatomen bei Verwendung eines p-dotierten Halbleitersubstrats oder von p-Dotierungsatomen bei Verwendung eines n-dotierten Halbleitersubstrats in die Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats teilweise vor dem Überziehen der Oberfläche des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats mit der Zwischenschicht durchgeführt wird.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the diffusion of n-doping atoms when using a p-type semiconductor substrate or p-type dopant atoms when using an n-doped semiconductor substrate in the surface of the p- or n-doped semiconductor substrate partially before coating the surface of the p- or n-doped semiconductor substrate with the intermediate layer carried out becomes. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Oxidschicht ist.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the intermediate layer is an oxide layer. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter (12) nach dem Eindiffundieren einen Schichtwiderstand > 80 Ω/sq hat.Method according to any preceding claim, characterized in that the emitter ( 12 ) has a sheet resistance> 80 Ω / sq after diffusion. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das p- oder n-dotierte Halbleitersubstrat p- oder n-dotiertes Silizium ist.Method according to any preceding claim, characterized characterized in that the p- or n-doped Semiconductor substrate is p- or n-doped silicon. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine SiOx- oder SiO2-Schicht mit einer mittleren Dicke zwischen 10 nm und 50 nm erzeugt wird.A method according to claim 8, characterized in that an SiO x - or SiO 2 layer is produced with an average thickness between 10 nm and 50 nm as the intermediate layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidieren mittels trockener, thermischer Oxidation oder mittels feuchter, thermischer Oxidation erfolgt.Method according to one of claims 6 to 9, characterized that oxidation by means of dry, thermal oxidation or effected by means of moist, thermal oxidation. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die trockene, thermische Oxidation für 10 bis 120 Minuten bei mehr als 850°C durchgeführt wird.Method according to claim 10, characterized in that that the dry, thermal oxidation for 10 to 120 minutes at more as 850 ° C carried out becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der SiOx- oder SiO2-Schicht in demselben Reaktionsraum wie das Eindiffundieren durchgeführt wird.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the generation of the SiO x - or SiO 2 layer in the same reaction space as the diffusion is performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei p-dotiertem Silizium POCl3 und bei n-dotiertem Silizium BBr3 als Quelle für die Dotieratome genutzt wird.Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that in p-doped silicon POCl 3 and n-doped silicon BBr 3 as Source is used for the doping atoms. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Kontaktieren der Rückseite und/oder der Oberseite des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats eine Antireflex schicht auf die Oberfläche des Emitters (12) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that prior to contacting the rear side and / or the upper side of the p- or n-doped semiconductor substrate, an antireflection coating is applied to the surface of the emitter ( 12 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kontaktieren der Rückseite und/oder der Oberseite des p- oder n-dotierten Halbleitersubstrats eine thermische Behandlung erfolgt.Method according to claim 14, characterized in that that after contacting the back and / or the top of the p- or n-doped semiconductor substrate is subjected to a thermal treatment. Solarzelle mit einer Basis (11) und einem kontaktierten Emitter (12), wobei der Emitter (12) eine der Kontaktierung zugewandte Oberflächentextur mit lokalen Maxima und Minima aufweist, und wobei die Kontaktierung mehr als eins der lokalen Maxima überdeckt dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den lokalen Maxima der Oberflächentextur und benachbarten lokalen Minima der Oberflächentextur eine Änderung der Konzentration oder des Verteilungsprofils der Dotierungsatome (12a, 12b) in dem die Textur aufweisenden Emitter (12) vorliegt.Solar cell with a base ( 11 ) and a contacted emitter ( 12 ), the emitter ( 12 ) has a surface texture with local maxima and minima facing the contacting, and wherein the contacting covers more than one of the local maxima, characterized in that between the local maxima of the surface texture and adjacent local minima of the surface texture a change in concentration or distribution profile of the doping atoms ( 12a . 12b ) in the emitter having the texture ( 12 ) is present.
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