DE102009037217A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements (2), insbesondere einer Emitter-Wrap-Through-(EWT-) Solarzelle, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines flächigen Halbleiter-Substrats (2) mit einer ersten Seite (3), einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4) und einer senkrecht auf den Seiten (3, 4) stehenden Flächennormalen (5), Aufbringen einer Passivierungs-Schicht (9 Einbringen von Löchern (11) in das Halbleiter-Substrat (2) mittels eines Flüssigkeitsstahl geführten Lasers, wobei die Löcher (11) das Halbleiter-Substrat (2) mit der Passivierungs-Schicht (9, 10) vollständig durchdringen, Herstellen und Kontakt-Strukturen in elektrischem Kontakt mit dem Halbleiter-Substrat (2), wobei die Kontakt-Strukturen mindestens einen Basis-Kontakt (14) und mindestens einen Emitter-Kontakt (13) umfassen, zumindest teilweise auf der zweiten Seite (4) des Halbleiter-Substrats (2) angeordnet sind, und wobei das Herstellen der Kontakt-Strukturen ein Aufbringen von Nickel auf das Halbleiter-Substrat (2) und anschließende Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat (2) umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Emitter-Wrap-Through-(EWT-)Solarzelle.
  • Bei einer Emitter-Wrap-Through-(ETW-)Solarzelle wird der Emitterkontakt durch Löcher in einem Wafer auf dessen Rückseite geführt. Somit befinden sich dann die Kontakte für beide Pole, der Basis- und der Emitterkontakt, auf der Rückseite der Solarzelle. Bei der Herstellung der Löcher im Wafer wird die Oberfläche desselben üblicherweise beschädigt, sodass der Schaden in einem nachfolgenden Prozessschritt entfernt werden muss. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Passivierung der nichtkontaktierten Bereiche der Rückseite oftmals nicht ausreichend gewährleistet ist. Schließlich ist die Herstellung von EWT-Solarzellen sehr aufwändig und daher teuer.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements zu verbessern. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte EWT-Solarzelle bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass zum Einbringen der Löcher in das Halbleiter-Substrat zur Durchführung der Emitter-Kontakte auf die Rückseite desselben ein Flüssigkeitsstrahl geführter Laser vorgesehen ist, und das Herstellen der Kontakt-Strukturen auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats ein Aufbringen von Nickel auf dieses und anschließende Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat umfasst.
  • Hierdurch lassen sich auf einfache Weise EWT-Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad herstellen. Die Oberfläche der Halbleiter-Substrate wird durch das flüssigkeitsstrahl-geführte Laser-Verfahren nicht beschädigt. Die Herstellung der Kontakt-Strukturen mittels eines Aufbringens von Nickel auf das Halbleiter-Substrat und anschließender Diffusion des Nickels in dasselbe führt zu einem besonders guten elektrischen Kontakt zwischen den Kontakt-Strukturen und dem Halbleiter-Substrat und vereinfacht die Herstellung der Kontakt-Strukturen erheblich.
  • Vorzugsweise wird das Laser-Verfahren auch zur Strukturierung der Passivierungs-Schicht auf der Rückseite des Halbleiter-Substrats verwendet. Mittels des Laser-Verfahrens lassen sich auf einfache Weise Öffnungen in die Passivierungs-Schicht einbringen. Die Löcher im Halbleiter-Substrat und die Öffnungen für die Kontakt-Strukturen lassen sich somit in einem einzigen Verfahrens-Schritt herstellen. Hierdurch wird das Verfahren noch weiter vereinfacht.
  • Besonders vorteilhaft kann das Halbleiter-Substrat beim Einbringen der Löcher und/oder der Öffnungen in den an diese jeweils angrenzenden Bereichen mittels des Flüssigkeitsstrahls des Lasers mit einer Dotierung versehen werden. Die Strukturierung der Kontakt-Strukturen und die Dotierung derselben kann somit in einem einzigen Prozessschritt erfolgen. Hierbei kann das Halbleiter-Substrat in selben Prozessschritt im Bereich der Emitter-Kontakte und im Bereich der Basis-Kontakte mit unterschiedlichen Dotierungen versehen werden.
  • Das Aufbringen des Nickels auf das Halbleiter-Substrat mittels eines Sputter-Verfahrens, eines Aufdampf-Verfahrens oder einer chemischen Abscheidung ist besonders einfach durchzuführen und zu kontrollieren.
  • Ein metallisches Verdicken der Kontakt-Strukturen führt zu einer Verringerung deren elektrischen Widerstands und dadurch zu einem erhöhten Wirkungsgrad.
  • Mittels einer galvanischen Abscheidung lässt sich die Verdickung der Kontakt-Strukturen besonders einfach regulieren. Insbesondere ist es hierbei möglich die Basis-Kontakte und die Emitter-Kontakte unabhängig voneinander, beispielsweise mit Verdickungen unterschiedlicher Stärke zu versehen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Halbleiter-Bauelements in unterschiedlichen Stadien eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Halbleiter-Bauelements in unterschiedlichen Stadien eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung eines Halbleiter-Bauelements in unterschiedlichen Stadien eines Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Halbleiter-Bauelements in unterschiedlichen Stadien eines Verfahrens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
  • Als Ausgangspunkt bei der Herstellung einer Emitter-Wrap-Through-(EWT-)Solarzelle 1 dient ein flächig ausgebildetes Halbleiter-Substrat 2 mit einer ersten Seite, einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite und einer senkrecht auf den Seiten stehenden Flächennormalen 5. Die erste Seite bildet bei der fertigen EWT-Solarzelle 1 die der Sonne zugewandte Vorderseite 3 der EWT-Solarzelle 1. Entsprechend bildet die zweite Seite bei der fertigen EWT-Solarzelle 1 die der Sonne abgewandte Rückseite 4 der EWT-Solarzelle 1.
  • Die EWT-Solarzelle 1 ist hierbei ein spezielles Beispiel eines Halbleiter-Bauelements. Als Halbleiter-Substrat 2 dient ein Wafer, insbesondere ein Siliziumwafer. Alternative Halbleiter-Substrate sind jedoch ebenfalls möglich. Das Halbleiter-Substrat 2 ist vorzugsweise monokristallin ausgebildet. Es kann auch multikristallin ausgebildet sein. Es kann sich ebenso um ein bandgezogenes Siliziummaterial, welches beispielsweise mittels eines Ribbon-Growth-On-Substrate-(RGS-)Verfahrens hergestellt wurde, handeln. Gemäß dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Halbleiter-Substrat 2 p-dotiert.
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird die Vorderseite 3 mit einer Textur 6 versehen. Zur Texturierung der Vorderseite 3 ist ein chemisches Verfahren, insbesondere ein Ätz-Verfahren, vorgesehen. Hierbei kann auch gleichzeitig die Rückseite 4 mit einer Texturierung versehen werden. Alternativ dazu ist auch ein Plasmatextur-Verfahren zur Texturierung der Vorderseite 3 möglich. Für Details des Texturier-Verfahrens sei beispielsweise auf die EP 0 944 114 A2 verwiesen.
  • Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird das Halbleiter-Substrat 2 flüssigem oder gasförmigem Phosphoroxychlorid (POCl3) ausgesetzt, um eine als Emitter dienende n-dotierte Oberflächenschicht 7 auf der Vorderseite 3 und der Rückseite 4 zu erzeugen. Die Oberflächenschicht 7 hat einen Flächenwiderstand im Bereich von 50 Ohm bis 200 Ohm, insbesondere im Bereich von 90 Ohm bis 110 Ohm.
  • Im darauf folgenden Verfahrensschritt wird eine sich ausgebildete Phosphorglas-Schicht von der Vorder- und Rückseite 3, 4 entfernt. Dies kann mit Hilfe verdünnter Phosphorsäure geschehen. Außerdem wird die Oberflächenschicht 7 auf der Rückseite 4 mittels eines Phosphorglas-Ätz-Verfahrens vom Halbleiter-Substrat 2 entfernt. Anschließend wird die Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 einer Einseitenpolitur-Ätze unterzogen. Hierbei kann die Texturierung der Rückseite 4 eingeebnet werden.
  • Sodann wird die Vorderseite 3 mit einer Vorderseiten-Passivierungsschicht 8 versehen. Hierzu wird Siliziumnitrid (SiN) auf der Vorderseite 3 abgeschieden. Zur Abscheidung der Vorderseiten-Passivierungsschicht 8 ist eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) vorgesehen. Die Vorderseiten-Passivierungsschicht 8 ist lediglich beim vierten Verfahrensschritt in 1 als separate Schicht auf der Textur 6 explizit, schematisch dargestellt. In den übrigen Figuren ist sie, wo vorhanden, lediglich mit dem Bezugszeichen 8 angedeutet.
  • Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird das Halbleiter-Substrat 2 gereinigt und die zweite Seite 4 mittels einer thermischen Oxidation mit einer Oxid-Schicht 9 versehen. Die Oxid-Schicht 9 hat eine Dicke in Richtung der Flächennormalen 5 im Bereich von 10 nm bis 20 nm.
  • Im darauffolgenden Verfahrensschritt wird die Oxid-Schicht 9 auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 verdickt. Hierzu ist beispielsweise die Abscheidung einer Siliziumoxid-(SiO-)Schicht 10 auf die Oxid-Schicht 9 vorgesehen. Die durch die SiO-Schicht 10 verdickte Oxid-Schicht 9 bildet eine Passivierungs-Schicht 19 auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2.
  • Die SiO-Abscheidung erfolgt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), insbesondere plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD). Anstelle des PVD- oder CVD-Verfahrens zur Verdickung der Oxid-Schicht 9 kann auch ein Sputter-Verfahren vorgesehen sein.
  • Anstelle der Siliziumoxid-Schicht 10 kann die thermische Oxid-Schicht 9 auch durch eine Schicht aus einem Siliziumnitrid, insbesondere Siliziumoxynitrid, amorphem Silizium, Siliziumdioxid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid oder einem Stapel aus mindestens zwei derartigen Schichten verdickt werden.
  • Im darauffolgenden Verfahrensschritt werden Löcher 11 in das Halbleiter-Substrat 2 eingebracht. Die Löcher 11 durchdringen das Halbleiter-Substrat 2 mit der Passivierungs-Schicht 19 vollständig. Zum Einbringen der Löcher 11 in das Halbleiter-Substrat 2 ist ein Flüssigkeitsstrahl geführter Laser vorgesehen. Bei diesem wird der Laserstrahl mittels Totalreflexion an der Flüssigkeit-Luft-Grenzfläche eines Flüssigkeitsstrahls in diesem als flüssigen, faseroptischen Wellenleiter dienenden Flüssigkeitsstrahl geführt. Mithilfe eines derartigen flüssigkeitsstrahl-geführten Lasers werden Löcher 11 mit einem Durchmesser DL im Bereich von 30 μm bis 100 μm präzise und kontrolliert in das Halbleiter-Substrat 2 eingebracht. Außerdem kann der Flüssigkeitsstrahl mit einem Dotierstoff versehen sein, welcher durch die Laserstrahlung in das Halbleiter-Substrat 2 eingetrieben wird. Mit anderen Worten kann das Halbleiter-Substrat 2 beim Einbringen der Löcher 11 gleichzeitig in den an die Löcher 11 in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 5 angrenzenden Bereichen mit einer Dotierung versehen werden. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geschieht die Dotierung der Löcher 11 mittels eines Phosphorsäurestrahl-Laserverfahrens. Die an die Löcher 11 angrenzenden Bereiche werden somit mit einer Phosphor-Dotierung, das heißt mit einer n-Dotierung, versehen. Sie bilden daher eine Emitter-Struktur. Die Herstellung der Emitter-Struktur in den Löchern 11 erfolgt somit im selben Verfahrensschritt wie das Bohren der Löcher 11. Ein zusätzlicher Ätzschritt ist nicht erforderlich.
  • Außerdem wird die Passivierungs-Schicht 19 auf der Rückseite 4, insbesondere die Oxid-Schicht 9, mittels des Laser-Verfahrens mit Öffnungen 12 versehen. Durch die Öffnungen 12 wird die zweite Seite 4 des Halbleiter-Substrats 2 bereichsweise freigelegt. Vorzugsweise geschieht das Einbringen der Öffnungen 12 in die Passivierungs-Schicht in derselben Laser-Anlage wie das Einbringen der Löcher 11 in das Halbleiter-Substrat 2. Es ist insbesondere möglich, in einem einzigen Verfahrensschritt die Löcher 11 in das Halbleiter-Substrat 2 und die Öffnungen 12 in die Passivierungs-Schicht 19 einzubringen. Selbstverständlich können auch separate Anlagen zum Einbringen der Löcher 11 und zum Einbringen der Öffnungen 12 vorgesehen sein.
  • Ein erster Teil der Öffnungen 12 überlappt in Richtung der Flächennormalen 5 mit den Löchern 11, während ein zweiter Teil der Öffnungen 12 überlappungsfrei zu den Löchern 11 angeordnet ist. Hierbei ist der erste Teil der Öffnungen 12 unzusammenhängend mit dem zweiten Teil der Öffnungen 12 ausgebildet.
  • Der erste Teil der Öffnungen 12 weist eine Breite B in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 5 im Bereich von 30 μm bis 300 μm auf. Der erste Teil der Öffnungen 12 weist hierbei in mindestens einer Richtung senkrecht zur Flächennormalen 5 Abmessungen auf, welche größer sind als die Abmessungen der jeweils darunterliegenden Löcher 11, damit in den entsprechenden Randbereichen am Übergang von einem Loch 11 zur Öffnung 12 jeweils ein Emitter-Kontakt 13 aufgebracht werden kann.
  • Die Breite des zweiten Teils der Öffnungen 12 liegt im Bereich von 30 μm bis 100 μm.
  • Die Öffnungen 12 werden seitlich durch Flanken 15 begrenzt. Die Flanken 15 sind vorzugsweise steil ausgebildet, das heißt, sie schließen einen Winkel im Bereich von 70° bis 100° mit der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 ein.
  • Das Halbleiter-Substrat 2 wird im Bereich des ersten Teils der Öffnungen 12, welche mit den Löchern 11 zumindest teilweise überlappen, mit einer Dotierung versehen, welche derjenigen im Bereich der Löcher 11 entspricht. In diesem ersten Teil der Öffnungen 12 werden in den nachfolgenden Verfahrensschritten Emitter-Kontakte 13 gebildet.
  • Im Bereich des zweiten Teils der Öffnungen 12 werden dagegen nachfolgend Basis-Kontakte 14 gebildet. In diesem Teil der Öffnungen 12 wird das Halbleiter-Substrat 2 mit einer p-Dotierung zur Ausbildung von Basis-Strukturen versehen. Hierfür ist vorgesehen, zum Einbringen der Öffnungen 12 für die Basis-Kontakte 14 einen undotierten Wasserstrahl oder einen Flüssigkeitsstrahl mit einem Dotierstoff für eine geeignete Basisdotierung, beispielsweise Bor oder Aluminium, zur Führung des Lasers zu verwenden.
  • Somit wird das Halbleiter-Substrat 2 im Bereich des ersten Teils der Öffnungen 12 zur Herstellung der Emitter-Kontakte 13 und im Bereich des zweiten Teils der Öffnungen 12 zur Herstellung der Basis-Kontakte 14 mit unterschiedlichen Dotierungen versehen. Die Emitter-Kontakte 13 und die Basis-Kontakte 14 sind Teil der Kontakt-Strukturen der EWT-Solarzelle 1.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Einbringen der Löcher 11 zur Durchführung der Emitter-Kontakte 13 von der Vorderseite 3 auf die Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 im selben Verfahrensschritt, insbesondere gleichzeitig mit dem Einbringen der Öffnungen 12 für die Emitter-Kontakte 13 und die Öffnungen 12 für die Basis-Kontakte 14 in die Passivierungs-Schicht auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 erfolgen kann.
  • Die Öffnungen 12 sind vorzugsweise als linienförmige Gräben ausgebildet. Die Figuren zeigen in diesem Fall einen Schnitt senkrecht zum Verlauf dieser Gräben. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbinden die Öffnungen 12 eine Vielzahl Emitterbereiche bildender Löcher 11 linear miteinander. Sie weisen eine Breite B in Richtung senkrecht zur Flächennormalen 5 von höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 50 μm, insbesondere höchstens 30 μm, auf. Sie werden seitlich durch Flanken 15 begrenzt. Die Flanken 15 sind vorzugsweise steil ausgebildet, das heißt, sie schließen einen Winkel im Bereich von 70° bis 100° mit der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 ein.
  • In einer Variante des Ausführungsbeispiels ist vorgesehen, die Öffnungen 12 punktförmig auszubilden. Unter punktförmigen Öffnungen 12 seien hierbei solche mit Abmessungen senkrecht zur Flächennormalen 5 von höchstens 100 μm, insbesondere höchstens 50 μm, insbesondere höchstens 30 μm, verstanden. Selbstverständlich können die Öffnungen 12 auch teilweise punktförmig und teilweise linienförmig ausgebildet sein.
  • Die Öffnungen 12 für die Emitter-Kontakte 13 haben vorzugsweise größere Abmessungen senkrecht zur Flächennormalen 5 als die Öffnungen 12 für die Basis-Kontakte 14. Die Breite B der Öffnungen 12 für die Emitter-Kontakte 13 ist insbesondere mindestens doppelt so groß wie die Breite B der Öffnungen 12 für die Basis-Kontakte.
  • In den darauf folgenden Verfahrensschritten werden die Emitter-Kontakte 13 und die Basis-Kontakte 14 hergestellt.
  • Sowohl die Emitter-Kontakte 13 als auch die Basis-Kontakte 14 sind zumindest teilweise, insbesondere vollständig auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 angeordnet.
  • Die Herstellung der Emitter-Kontakte 13 und der Basis-Kontakte 14 umfasst ein Aufbringen von Nickel auf die zweite Seite 4 des Halbleiter-Substrats 2. Das Nickel wird insbesondere im Bereich der Öffnungen 12 auf das Halbleiter-Substrat 2 aufgebracht. Es steht somit in direktem Kontakt mit dem Halbleiter-Substrat 2. Das Nickel wird nach einem kurzen Eintauchen des Halbleiter-Substrats 2 in Flusssäure auf die zweite Seite 4 des Halbleiter-Substrats 2 aufgesputtert oder aufgedampft. Zum Aufbringen des Nickels kann ein CVD- oder ein PVD-Verfahren vorgesehen sein. Eine chemische Abscheidung des Nickels ist ebenso möglich. Das Nickel wird somit ganzflächig auf die zweite Seite 4 des Halbleiter-Substrats 2 aufgebracht. Die Nickelschicht hat eine Dicke in Richtung der Flächennormalen 5 im Bereich von 20 nm bis 100 nm, insbesondere im Bereich von 30 nm bis 50 nm, insbesondere im Bereich von 40 nm bis 45 nm.
  • Zur Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat 2 ist im darauffolgenden Verfahrensschritt ein thermisches Verfahren vorgesehen. Hierfür wird wird das Halbleiter-Substrat 2 mit dem darauf aufgebrachten Nickel erhitzt. Die Temperatur für den Diffusions-Schritt liegt im Bereich von 200°C bis 600°C, vorzugsweise im Bereich von 300°C bis 500°C. Das Nickel diffundiert hierbei in das Halbleiter-Substrat 2 ein. Bei der Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat 2 bildet sich Nickelsilizid (NiSi).
  • Das in den Öffnungen 12 abgeschiedene Nickel, insbesondere das sich bei der Diffusion desselben im Bereich der Öffnungen 12 bildende Nickelsilizid (NiSi) bildet Leiterbahnen 16.
  • Zur Diffusion des Nickels in das Halbleitersubstrat 2 kann insbesondere ein sogenanntes „Rapid Thermal Annealing”-Verfahren vorgesehen sein. Hierbei wird das Halbleiter-Substrat 2 für eine Zeitdauer im Bereich von einer Sekunde bis 60 Sekunden, insbesondere im Bereich von 10 Sekunden bis 30 Sekunden, auf eine Temperatur von mindestens 300°C, insbesondere mindestens 500°C, insbesondere mindestens 700°C gebracht.
  • Nach der Bildung des Nickelsilizids im Bereich der Öffnungen 12 wird das Nickel auf der Passivierungs-Schicht 19 entfernt. Hierzu ist ein Ätzschritt vorgesehen. Das Ätzen des Nickels auf der Passivierungs-Schicht 19 kann beispielsweise in Salpetersäure, vorzugsweise verdünnter Salpetersäure, erfolgen. Anstelle von Salpetersäure kann die Ätzung der Nickelschicht auf der Passivierungs-Schicht 19 durch eine Mischung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Ozon, Salpetersäure und Ozon, Salzsäure und Ozon oder Salzsäure und Wasserstoffperoxid erfolgen.
  • Das Nickelsilizid der Leiterbahnen 16 wird beim Ätzschritt zur Entfernung des Nickels auf der Passivierungs-Schicht 19 nicht angegriffen. Die Leiterbahnen 16 bleiben somit unversehrt.
  • Im darauffolgenden Verfahrensschritt werden die Leiterbahnen 16 aus Nickelsilizid verdickt. Hierdurch wird ihr Linienwiderstand verringert. Die Leiterbahnen 16 aus Nickelsilizid werden vorzugsweise durch Kupfer und/oder Nickel und/oder Silber oder Verbindungen dieser Metalle oder einen Stapel aus diesen Metallen oder Verbindungen verdickt. Zur Verdickung der Leiterbahnen 16 ist ein galvanisches Verfahren vorgesehen.
  • Die fertige EWT-Solarzelle 1 umfasst somit das Halbleiter-Substrat 2 mit den Emitter-Kontakten 13 und den Basis-Kontakten 14, wobei diese Kontakt-Strukturen eine Nickelsilizid umfassende Metallisierung aufweisen. Sowohl die Emitter-Kontakte 13 als auch die Basis-Kontakte 14 sind auf der die Rückseite 4 der EWT-Solarzelle 1 angeordnet. Die Vorderseite 3 der EWT-Solarzelle 1 ist somit frei von Kontakt-Strukturen. Sie wird daher nicht durch Kontakt-Strukturen abgeschattet. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen EWT-Solarzelle 1 erhöht.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Reinigung des Halbleiter-Substrats 2 zusammen mit der Rückseitenätze und/oder dem Verfahrens-Schritt zur Entfernung der Phosphorglas-Schicht. Die thermische Oxidation der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 erfolgt beim zweiten Ausführungsbeispiel vor der Abscheidung des Siliziumnitrids auf der Vorderseite 3 des Halbleiter-Substrats 2. Der Reinigungsschritt zwischen der SiN-Abscheidung und der thermischen Oxidation kann entfallen. Außerdem wird hierdurch die Passivierung der Vorderseite 3 weiter verbessert. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich insbesondere für Halbleiter-Substrate 2, deren Emitter-Schicht auf der Vorderseite 3 einen Flächenwiderstand von mindestens 80 Ohm aufweist. Anderenfalls wächst die Oxidschicht auf der Vorderseite 3 wesentlich dicker auf, als auf der Rückseite 4.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel wird das Nickel bei der Herstellung der Emitter- und Basis-Kontakte 13 und 14 mittels eines chemischen Verfahrens abgeschieden. Dies hat den Vorteil, dass das Nickel selektiv in den Öffnungen 12 abgeschieden wird. Ein nachfolgender Ätzschritt kann entfallen.
  • In einer weiteren Variante dieses Ausführungsbeispiels erfolgt der Temperschritt zur Nickelsilizid-Diffusion erst nach der galvanischen Verdickung des chemisch abgeschiedenen Nickels.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht bis zum Einbringen der Löcher 11 in das Halbleiter-Substrat 2 und der Öffnungen 12 in die Passivierungsschicht auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 dem zweiten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. In Übereinstimmung mit den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird beim vierten Ausführungsbeispiel nach der Herstellung der Löcher 11 und der Öffnungen 12 zumindest im Bereich der mit den Löchern 11 fluchtenden Öffnungen 12 Nickel auf die Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 abgeschieden. Hierzu ist wiederum ein Sputter- oder ein chemisches Verfahren vorgesehen.
  • Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Metallisierung der Emitter- und Basis-Kontakte 13 und 14 durch ein Extrusionsdruck-Verfahren, insbesondere ein Co-Extrusionsdruck-Verfahren hergestellt. Für die Emitter-Kontakte 13 wird beispielsweise eine Silberpaste 17 verwendet. Es ist besonders vorteilhaft möglich das Nickel im Bereich der mit den Löchern 11 fluchtenden Öffnungen 12 ebenfalls mittels des Extrusionsdruck-Verfahrens, insbesondere des Co-Extrusionsdruck-Verfahrens aufzubringen. In diesem Fall kann die vorherige Abscheidung von Nickel mittels eines zusätzlichen Sputter- oder chemischen Verfahrens entfallen. Dieser Fall ist in 4 dargestellt. Besonders vorteilhaft kann bei dieser Variante ein Schichtstapel aus Nickel und Silber auf das Halbleiter-Substrat 2 aufgedruckt werden. Für die Basis-Kontakte 14 wird beispielsweise eine Aluminiumpaste 18 verwendet. Vorzugsweise ist die Aluminiumpaste 18 zur Herstellung der Basis-Kontakte 14 mit einer Glasfritte versehen. In diesem Fall kann auf das Einbringen des zweiten Teils der Öffnungen 12, das heißt der Öffnungen 12 für die Basis-Kontakte 14 oder anders ausgedrückt der Öffnungen 12, welche überlappungsfrei zu den Löchern 11 angeordnet sind, verzichtet werden. Nach dem Extrusionsschritt wird in einem sogenannten Schnellbrand-(Fast-Firing-)Verfahren ein elektrischer Kontakt der Pasten 17, 18 mit dem Halbleiter-Substrat 2 hergestellt. Hierbei erfolgt vorzugsweise auch die Bildung des Nickelsilizids.
  • Um eine größtmögliche Metallbedeckung der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 zu erreichen, kann in einer Variante des vierten Ausführungsbeispiels eine dritte Substanz als Trennschicht zwischen die Emitter- und die Basis-Kontakte 13, 14 gedruckt werden. Diese Trennschicht verhindert ein Zusammenfließen der Kontakte 13, 14. Vorzugsweise wird die Trennschicht beim Fast-Firing-Verfahren weggebrannt. Sie dient ausschließlich zur räumlichen Trennung der Emitter- und der Basis-Kontakte 13, 14 während des Extrusions-Verfahrens.
  • Beim Co-Extrusions-Verfahren werden die Pasten 17, 18 für die Herstellung der Emitter- und Basis-Kontakte 13, 14 sowie gegebenenfalls die Trennschicht in einem einzigen Prozessschritt, insbesondere gleichzeitig, auf das Halbleiter-Substrat 2 aufgebracht.
  • Selbstverständlich kann als Halbleiter-Substrat 2 bei allen vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen auch ein n-dotiertes Halbleiter-Substrat, insbesondere ein n-dotierter Siliziumwafer, dienen. In diesem Fall wird die Phosphoroxychlorid-Diffusion zur Ausbildung einer Emitter-Schicht durch eine Bor-Chlorid-(BCl3-)Diffusion ersetzt. Entsprechend werden die an die Löcher 11 angrenzenden Bereiche sowie die Bereiche für die Emitter-Kontakte 13 auf der Rückseite 4 des Halbleiter-Substrats 2 mit einer p-Dotierung versehen. Hierfür eignen sich bor- oder aluminiumhaltige Lösungen. Hingegen werden die Bereiche für die Basis-Kontakte 14 dann mit einer n-Dotierung versehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0944114 A2 [0019]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Bauelements (1), insbesondere einer Emitter-Wrap-Through-(EWT-)Solarzelle, umfassend die folgenden Schritte: a. Bereitstellen eines flächigen Halbleiter-Substrats (2) mit i. einer ersten Seite (3), ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4) und iii. einer senkrecht auf den Seiten (3, 4) stehenden Flächennormalen (5), b. Aufbringen einer Passivierungs-Schicht (9, 10, 19) auf mindestens die zweite der Seiten (4), c. Einbringen von Löchern (11) in das Halbleiter-Substrat (2) mittels eines Flüssigkeitsstahl geführten Lasers, i. wobei die Löcher (11) das Halbleiter-Substrat (2) mit der Passivierungs-Schicht (9, 10, 19) vollständig durchdringen, d. Herstellen von Kontakt-Strukturen in elektrischem Kontakt mit dem Halbleiter-Substrat (2), i. wobei die Kontakt-Strukturen mindestens einen Basis-Kontakt (14) und mindestens einen Emitter-Kontakt (13) umfassen, ii. zumindest teilweise auf der zweiten Seite (4) des Halbleiter-Substrats (2) angeordnet sind und iii. wobei das Herstellen der Kontakt-Strukturen ein Aufbringen von Nickel auf das Halbleiter-Substrat (2) und anschließende Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat (2) umfasst.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Kontakt-Strukturen ein Einbringen von Öffnungen (11) in die Passivierungs-Schicht (9, 10, 19) auf der zweiten Seite (4) des Halbleiter-Substrats (2) mittels eines Lasers zum bereichsweisen Freilegen der zweiten Seite (4) des Halbleiter-Substrats (2) umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (11) und die Öffnungen (12) mittels einer einzigen Laser-Anlage, insbesondere in einem einzigen Verfahrens-Schritt eingebracht werden.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2) beim Einbringen der Löcher (11) und/oder der Öffnungen (12) in den an diese jeweils angrenzenden Bereichen mittels des Flüssigkeitsstrahls des Lasers mit einer Dotierung versehen wird.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Teil der Öffnungen (12) zur Herstellung des mindestens einen Emitter-Kontakts (13) in Richtung der Flächennormalen (5) mit den Löchern (11) überlappt, während ein zweiter Teil der Öffnungen (12) zur Herstellung des mindestens einen Basis-Kontakts (14) überlappungsfrei zu den Löchern (11) angeordnet ist, wobei der erste Teil der Öffnungen (12) unzusammenhängend mit dem zweiten Teil der Öffnungen (12) ausgebildet ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2) im Bereich des ersten Teils der Öffnungen (12) mit einer Dotierung versehen wird, welche derjenigen im Bereich der Löcher (11) entspricht.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiter-Substrat (2) im Bereich des ersten Teils der Öffnungen (12) zur Herstellung des mindestens einen Emitter-Kontakts (13) und im Bereich des zweiten Teils der Öffnungen (12) zur Herstellung des mindestens einen Basis-Kontakts (14) mit unterschiedlichen Dotierungen versehen wird.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des Nickels auf das Halbleiter-Substrat (2) ein Sputter-Verfahren, ein Aufdampf-Verfahren, eine chemische Abscheidung oder ein Extrusionsdruck-Verfahren vorgesehen ist.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat (2) ein thermisches Verfahren vorgesehen ist.
  10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diffusion des Nickels in das Halbleiter-Substrat (2) Nickelsilizid (NiSi) gebildet wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Kontakt-Strukturen ein metallisches Verdicken des Nickelsilizid (NiSi) umfasst, wobei zum Verdicken mindestens eine insbesondere mehrere Schichten von Kupfer und/oder Nickel und/oder Silber und/oder Aluminium und/oder Verbindungen dieser Elemente vorgesehen sind.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verdicken der Kontakt-Strukturen eine galvanische Abscheidung vorgesehen ist.
  13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Kontakt-Strukturen ein Extrusionsdruck-Verfahren, insbesondere ein Co-Extrusionsdruck-Verfahren umfasst.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakt-Strukturen des mindestens einen Emitter-Kontakts (13) und die Kontakt-Strukturen des mindestens einen Basis-Kontakts (14) gleichzeitig auf das Halbleiter-Substrat (2) aufgebracht werden, wobei insbesondere zwischen den Kontakt-Strukturen des mindestens einen Emitter-Kontakts (13) und des mindestens einen Basis-Kontakts (14) eine Trennschicht zum Verhindern eines Zusammenfließens derselben extrudiert wird.
  15. Emitter-Wrap-Through-(EWT-)Solarzelle mit a. einem Halbleiter-Substrat (2) mit i. einer ersten Seite (3) und ii. einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (4), b. Kontakt-Strukturen umfassend i. mindestens einen Emitter-Kontakt (13) und ii. mindestens einen Basis-Kontakt (14), c. wobei sowohl der mindestens eine Emitter-Kontakt (13) als auch der mindestens eine Basis-Kontakt (14) auf der zweiten Seite (4) des Halbleiter-Substrats (2) angeordnet sind, und d. die Kontakt-Strukturen eine Nickelsilizid umfassende Metallisierung aufweisen.
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