DE102010016122A1 - Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle (1), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (2) der Halbleitersolarzelle (1); Erzeugen einer Passivierungsdoppelschicht (3, 4) auf einer Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2), indem eine erste Dielektrikschicht (3) aus einem ersten Dielektrikmaterial auf die Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2) aufgebracht wird und auf die erste Dielektrikschicht (3) eine zweite Dielektrikschicht (4) aus einem vom ersten Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht wird; und einen weiteren Herstellungsschritt umfassend mindestens einen, zwei oder drei aus den folgenden Prozessschritten: ein Texturschritt; ein Diffusionsschritt; und ein Ätzschritt, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des weiteren Herstellungsschrittes als Barriereschicht wirkt und das unmittelbar darunter liegende Halbleitersubstrat (2) schützt und wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) in der fertigen Halbleitersolarzelle (1) als Passivierungsschicht dient.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle.
  • Eine der begrenzenden Faktoren für die Effizienz von Solarzellen ist die Rekombination von Ladungsträgern an Solarzellenoberflächen. Die rekombinierten Ladungsträger stehen dann nicht mehr für die Stromerzeugung zur Verfügung. Um diese Rekombination zu vermindern, müssen die Solarzellenoberflächen „passiviert” werden, das heißt die Rekombinationsaktivität von Ladungsträgern über Oberflächenzustände muss herabgesetzt werden. Dies geschieht in der Regel mittels Auftragen einer dielektrischen Passivierungsschicht auf die Solarzellenoberfläche.
  • Üblicherweise eingesetzte Passivierungsschichten sind jedoch in der Regel empfindlich gegenüber Prozessschritten, die bei der Herstellung von Solarzellen durchgeführt werden müssen. Während dieser Schritte büßen die Passivierungsschichten ihre Passivierungswirkung zu einem erheblichen Teil oder im Extremfall vollständig ein. Ein Beispiel für einen Prozessschritt mit einer derart degradierenden Wirkung auf Passivierungsschichten ist der sogenannte Feuerschritt, bei dem eine auf die Solarzelle rückseitig aufgetragene Metallpaste zu einer Kontaktschicht ausgehärtet wird und hierbei eine Legierung zwischen Metall und Halbleiter erwirkt wird.
  • In DE 10 2007 054 384 A1 wird eine Passivierung vorgeschlagen, welche gegenüber einem Feuerschritt im Temperaturbereich zwischen 800–900°C robust ist und ihre Passivierungseigenschaften weitgehend beibehalten soll. Hierbei handelt es sich um eine Doppelschicht aus Aluminiumoxid und hierauf abgeschiedener Schicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen. In dem bekannten Verfahren wird im Anschluss an das Abscheiden der Doppelschicht auf die Solarzellenoberfläche, eine Metallpaste mittels Siebdruck auf die Solarzelle aufgetragen und in einem Durchlaufofen einem Feuerschritt unterzogen.
  • Bei dem soeben beschriebenen Herstellungsverfahren ist die Passivierungsschicht derart ausgebildet, dass sie eine stabile Passivierung der Solarzellenoberfläche bildet, welche einen Feuerschritt im Temperaturbereich 800–900°C übersteht und dabei ihre Passivierungseigenschaften beibehält. Problematisch bleiben jedoch Prozessschritte, bei denen die Passivierungsschicht unmittelbar chemischen und physikalischen Bedingungen und Stoffen, beispielsweise Chemikalien, ausgesetzt ist, die korrosiv wirken können. Beispiele hierfür sind Textur-, Ätz- und Diffusionsschritte. Wird der Prozessschritt vor dem Aufbringend der Passivierungsschicht durchgeführt, so muss vor dem Prozessschritt regelmäßig eine zusätzliche Schicht auf die Substratoberfläche der Solarzelle aufgebracht werden, die dann als Barriereschicht für den jeweiligen Prozessschritt wirkt. Die Aufbringung und gegebenenfalls notwendige anschließende Entfernung derartiger Opfer- und Barriereschichten machen den Prozess aufwendig und kostspielig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für Halbleitersolarzellen bereitzustellen, das kostengünstig ist und bei dem die Anzahl an Prozessschritten vermindert ist.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Passivierungsdoppelschicht, welche aus zwei Dielektrikschichten aus geeigneten, sich unterscheidenden Dielektrikmaterialien gebildet ist, als Barriereschicht für bestimmte Prozessschritte dienen kann, ohne ihre Passivierungseigenschaften zu verlieren. Hierzu wird zunächst eine erste Dielektrikschicht aus einem ersten Dielektrikmaterial auf einer Oberfläche eines Hableitersubstrats aufgebracht.
  • Danach wird auf die erste Dielektrikschicht eine zweite Dielektrikschicht aus einem vom ersten Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht. In einem während des Herstellungsverfahrens nach dem Aufbringen der Passivierungsdoppelschicht durchgeführten Texturschritt, Diffusionsschritt und/oder Ätzschritt wirkt ein solcher Passivierungsdoppelschicht entsprechend als Texturbarriere, als Diffusionsbarriere beziehungsweise als Ätzbarriere.
  • Bei dem Halbleitersubstrat kann es sich sowohl um einen Halbleiterwafer als auch um eine in Dünnschicht auf einem Substrat, beispielsweise einem Glassubstrat, hergestellte Halbleiterstruktur handeln, aus der eine Solarzelle hergestellt wird. Vor dem Aufbringen der beiden Dielektrikschichten der Passivierungsdoppelschicht kann die Oberfläche des Halbleitersubstrats vollflächig oder bereichsweise dotiert sein. Hierzu kann diese Oberfläche des Halbleitersubstrats beispielsweise einer Diffusion mit Bor und/oder Phosphor, oder einer Implantation unterworfen worden sein. Weitere Prozesse sind zur Vorbereitung der Oberfläche des Halbleitersubstrats von Vorteil, beispielsweise ein Reinigungsprozess zur Entfernung eventuell vorhandener Sägeschäden.
  • Bei dem Texturschritt handelt es sich um einen Prozess zur Strukturierung einer Solarzellenoberfläche auf einer Lichteinfallseite zur Erhöhung der Effizienz beim Lichteinfang. Der Texturschritt kann beispielsweise nasschemisch durchgeführt werden, womit eine pyramidale Oberflächenstruktur erzeugt werden kann. Es sind jedoch auch trockenchemische Texturverfahren bekannt, beispielsweise Plasma unterstützte Texturverfahren. Die Passivierungsdoppelschicht kann zum Beispiel als rückseitige Passivierungsschicht gleichzeitig als rückseitige Texturbarriere eine unbeabsichtigte Texturierung der Solarzellenrückseite verhindern.
  • Als Texturbarriere im Sinne der vorliegenden Erfindung wirkt eine Passivierungsdoppelschicht, wenn sie bei üblichen Texturverfahren im Wesentlich nicht abgetragen wird. Wenn der Texturschritt mittels eines Texturätzmittels durchgeführt wird, weist die Passivierungsdoppelschicht vorzugsweise eine Ätzrate auf, welche höchstens etwa 10%, bevorzugt höchstens etwa 2%, eher bevorzugt höchstens etwa 0,5%, der Ätzrate des Halbleitersubstrats beträgt. Beispielsweise beträgt die Ätzabtragstiefe eines zu ätzenden Material in einem Texturschritt typischerweise 1 μm bis 20 μm, während die Dicke einer Ätzbarriere typischerweise etwa 50 nm bis 200 nm beträgt.
  • Demgegenüber handelt es sich bei dem Ätzschritt um ein Verfahren zur Abtragung eines Oberflächenbereichs oder einer Oberflächenschicht auf der Halbleitersubstrat-Oberfläche. Ein Beispiel hierfür ist die vollständige oder selektive Ätzung einer Phosphorsilikatschicht (HF-basiert), welche bei Diffusion mittels POCl3 entstehen kann. Weitere Beispiele sind die chemische Kantenisolation (basierend auf HF/HNO3), die Schadensätze (zum Entfernen von Sägeschaden, Laserstrukturierungsschaden oder dergleichen) und gegebenenfalls das Entfernen einer Lackschicht, auch Lackstrip genannt (bei Strukturierung mittels Lack, diese basiert auf KOH). Es ist zu erwähnen, dass zumindest bei nasschemischen Texturschritten ebenfalls eine Abtragung eines Oberflächenbereichs erfolgen kann, so dass eine Unterscheidung zwischen Texturschritt und Ätzschritt schwierig wird. So werden beispielsweise die Entfernung des Sägeschadens und damit die dafür nötige Abtragung des Siliziums in üblichen Produktionslinien durch den Texturschritt en passant mit erledigt. Der Texturschritt ist dann letztlich ein nicht isotrop verlaufender Ätzschritt. Gegenüber derartigen Prozessen soll die Passivierungsschicht resistent sein.
  • Wiederum kann die Passivierungsdoppelschicht als eine vollflächige, das heißt vorderseitige oder rückseitige, Ätzbarriere verwendet werden. Alternativ oder gleichzeitig kann die Passivierungsdoppelschicht auf einer Solarzellenseite strukturiert und in einem anschließenden Ätzschritt als strukturierende Ätzbarriere beziehungsweise Ätzmaske eingesetzt werden.
  • Als Ätzbarriere während eines Ätzschrittes im vorliegenden Sinne wirkt die Passivierungsdoppelschicht, wenn sie verglichen zum Halbleitersubstrat vorzugsweise eine Ätzrate von höchstens etwa 10%, bevorzugt höchstens etwa 2%, eher bevorzugt höchstens etwa 0,5%, aufweist. Insbesondere weist die Passivierungsdoppelschicht in üblichen Ätzlösungen wie 5%iger Flußsäure (HF) bei Raumtemperatur eine Ätzrate von höchstens 1 nm/s oder 45%igem Kaliumhydroxid (KOH) bei 80°C eine Ätzrate von höchstens 1 nm/min auf. Es ist zu beachten, dass KOH im Gegensatz zu HF zum Ätzen von Silizium eingesetzt werden kann.
  • Bei einem Diffusionsschritt wird die Passivierungsdoppelschicht entsprechend als Diffusionsbarriere verwendet. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Diffusionsbarriere dick genug ist, dass Dotanden nicht oder nicht in wirksamer Konzentration durch die Diffusionsbarriere zum Substrat gelangen. Die Diffusion kann bei einer Temperatur von bis zu 900°C oder mehr erfolgen, so dass die Diffusionsbarriere derartig hohen Temperaturen widerstehen muss, ohne an Passivierungswirkung einzubüßen.
  • Das erste und das zweite Dielektrikmaterial können derart gewählt sein, dass die hieraus gebildeten Dielektrikschichten jeweils aufgrund einer Feldeffektwirkung und/oder aufgrund chemischer Passivierung die Halbleitersubstrat-Oberfläche passivieren.
  • Bei dem Herstellungsverfahren kann es von Nutzen sein, vor dem Aufbringen der ersten Dielektrikschicht eine weitere Zwischenschicht auf die Oberfläche des Halbleitersubstrates aufzubringen. Ebenso kann es sinnvoll sein, zwischen den beiden Dielektrikschichten eine oder mehrere weitere Zwischenschichten vorzusehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass die erste Dielektrikschicht unmittelbar auf die Oberfläche des Hableitersubstrats und/oder die zweite Dielektrikschicht unmittelbar auf die erste Dielektrikschicht aufgebracht wird. Insbesondere für eine chemische Passivierung der Oberfläche mittels der ersten Dielektrikschicht, sollte diese unmittelbar auf die Oberfläche aufgebracht sein.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Dielektrikschicht und/oder die zweite Dielektrikschicht mittels Dünnschichtverfahren abgeschieden werden. Derartige Dünnschichtverfahren umfassen beispielsweise Abscheideverfahren wie CVD (chemical vapor deposition) und PVD (physical vapor deposition), Sputterverfahren, Atomlagenabscheidung (ALD – atomic layer deposition) und dergleichen, wobei Abscheideverfahren mit oder ohne Plasma-Unterstützung angewandt werden können. Die Verwendung von Dünnschichtverfahren ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Beispielsweise kann eine der Dielektrikschichten oder können beide Dielektrikschichten mittels anderen geeigneten Auftragungsverfahren, wie zum Beispiel mittels Sol-Gel-Verfahren, aufgebracht werden.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der weitere Herstellungsschritt einen Feuerschritt umfasst. Zugleich ist die Passivierungsdoppelschicht selbst derart stabil, dass sie ihre Passivierungswirkung beibehält und anschließend als Passivierungsschicht und gegebenenfalls auch als Rückseitenspiegel auf der fertigen Solarzellenoberfläche belassen wird. Bei dem Feuerschritt handelt es sich um einen Verfahrensschritt zum Einbrennen einer auf die Solarzelle aufgetragenen Metallpaste zur Erzeugung einer Metallkontaktschicht. Aufgrund der Stabilität und Robustheit der Passivierungsdoppelschicht kann die Metallpaste auch zumindest teilweise auf der Passivierungsdoppelschicht aufgetragen sein. In dieser Ausführungsform widersteht die Passivierungsdoppelschicht dem Feuerschritt also sowohl mit als auch ohne das Vorhandensein von Pastenmaterial auf der Passivierungsdoppelschicht. Mit anderen Worten, ist die Passivierungsdoppelschicht Feuerstabil und gleichzeitig gegen die Metallpaste stabil. Darüber hinaus garantiert sie eine ausreichende mechanische Haftung zwischen der Passivierungsdoppelschicht und der Metallpaste. Die Maximaltemperaturen während eines solchen Feuerschritt betragen typischerweise 800 bis 1000 Grad Celsius für einige Sekunden.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass beim Aufbringen der ersten Dielektrikschicht und/oder der zweiten Dielektrikschicht die Oberfläche des Hableitersubstrats eine Prozesstemperatur von etwa 600°C, vorzugsweise von etwa 500°C, eher bevorzugt von etwa 400°C, nicht überschreitet. Das Aufbringen beziehungsweise Abscheiden einer oder vorzugsweise beider Dielektrikschichten bei derart niedrigen Temperaturen hat den Vorteil, dass hierdurch Prozesskosten gespart werden und gleichzeitig die Komplexität des Prozesses vermindert wird. Gleichzeitig werden auch geringere mechanische und physikalische Anforderungen an das Halbleitersubstrat und den sich bereits hierauf befindenden Schichten und Strukturen gestellt.
  • Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Dielektrikmaterial Aluminiumoxid (insbesondere Al2O3) oder ein anderes Metalloxid umfasst und/oder das zweite Dielektrikmaterial Siliziumoxid (SiO2), Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumoxinitrid (SiOxNy) oder Siliziumkarbid (SiCx) umfasst. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass in der allgemeinen Formel SiOxNy die speziellen Materialien SiO2 und SiNx in der Regel mit umfasst sind. Allerdings kann SiOxNy, ohne Berücksichtigung der speziellen Materialien SiO2 und SiNx, als Dielektrikmaterial spezielle Vorteile aufweisen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste Dielektrikmaterial Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste Dielektrikschicht und/oder die zweite Dielektrikschicht dotiert aufgebracht wird. Hierbei kann das Aufbringen, beispielsweise die Abscheidung aus einer Gasphase, derart vorgenommen werden, dass sich die jeweilige Dielektrikschicht als dotierte Schicht auf der Halbleitersubstrat-Oberfläche ablagert. Beispielsweise kann hierzu ein Dotierstoff dem Reaktionsgas beigemischt werden. Alternativ kann die Dotierung der Dielektrikschicht nach ihrem Aufbringen auf die Oberfläche vorgenommen werden.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die zweite Dielektrikschicht derart aufgebracht wird, dass sie einen Wasserstoffanteil von zumindest 1 at% aufweist, vorzugsweise von zumindest 2 at%, eher bevorzugt von zumindest 5 at%. Nach dem Aufbringen der Passivierungsdoppelschicht, gegebenenfalls in einem weiteren Prozessschritt wie beispielsweise einem Temperschritt, kann der Wasserstoff teilweise in die erste Dielektrikschicht und bis zur Oberfläche des Halbleitersubstrats dringen und dort für eine verbesserte Passivierungswirkung sorgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Passivierungsdoppelschicht nach dem Auftragen getempert wird. Es hat sich gezeigt, dass die Passivierwirkung der ersten Dielektrikschicht, genau wie die Passivierwirkung der Passivierungsdoppelschicht, nach einem Temperschritt wesentlich verbessert. Der Temperschritt, der zu einer derartigen „Aktivierung” der Passivierwirkung führt, wird bevorzugt so gewählt, dass die Passivierungsdoppelschicht unter Stickstoff- oder einer anderen Gasatmosphäre einer Temperatur von mindestens 300°C für mindestens 5 min ausgesetzt wird, eher bevorzugt einer Temperatur von mindestens 350°C für mindestens 10 min, in einer bevorzugten Ausgestaltung einer Temperatur von zumindest 400°C einen Zeitraum von mehr als 10 min.
  • Bei hohen Temperaturen kann die Dauer des Temperschrittes auch verkürzt sein. Vorteilhafterweise erfolgt der Temperschritt bei einer Temperatur von etwa 400°C über etwa einer Minute oder kürzer. Kürzere Temperschritte sind wünschenswert und für die Aktivierung der Passivierwirkung auch realisierbar. Vorteilhafterweise erfolgt eine Aktivierung der ersten Dielektrikschicht (beispielsweise aus Aluminiumoxid) schon mit der Abscheidung der zweiten Dielektrikschicht.
  • Auf der einen Seite ist somit der Temperschritt vorteilhaft zur Verbesserung oder Aktivierung der Passivierwirkung der Passivierungsdoppelschicht aus erster Dielektrikschicht und zweiter Dielektrikschicht. Andererseits kann die Funktion der zweiten Dielektrikschicht als Ätzbarriere durch einen Temperschritt verbessert werden, indem durch den Temperschritt die Ätzrate der zweiten Dielektrikschicht in verschiedenen Ätzlösungen herabgesetzt wird.
  • Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Passivierungsdoppelschicht vor oder nach dem weiteren Herstellungsschritt strukturiert wird. Die Passivierungsdoppelschicht kann beispielsweise als rückseitige Passivierung vorgesehen sein. In diesem Fall kann auf die Passivierungsdoppelschicht eine Kontaktierungsschicht vollflächig aufgetragen werden, welche über in der Passivierungsdoppelschicht gebildete Durchgangslöcher mit dem Solarzellen-Halbleitersubstrat elektrisch verbunden ist. Ferner kann die Passivierungsdoppelschicht strukturiert werden, um nur in ausgewählten Teilbereichen als Barriereschicht zu wirken, sei es als Textur-, als Ätz- und/oder als Diffusionsbarriere. Dementsprechend würde eine Diffusion nur durch in der Passivierungsdoppelschicht gebildete Durchgangslöcher oder Durchgangsstrukturen hindurch erfolgen. Derartig strukturierte Passivierungsdoppelschichten können verwendet werden, um Rückkontakt-Solarzellen herzustellen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei stellen die 1 bis 6 verschiedene Stadien einer Solarzelle bei seiner Herstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dar. Im Einzelnen zeigen:
  • 1 ein Halbleitersubstrat mit einer dotierten Oberfläche;
  • 2 das Halbleitersubstrat aus 1 mit einer Passivierungsdoppelschicht;
  • 3 das Halbleitersubstrat aus 2 mit texturierter Vorderseite;
  • 4 das Halbleitersubstrat aus 3 nach einem Diffusionsschritt;
  • 5 das Halbleitersubstrat aus 4 mit einer Antireflexionsschicht; und
  • 6 eine fertige Halbleitersolarzelle mit beidseitiger Metallisierung.
  • Die 1 bis 6 veranschaulichen mittels Querschnittsansichten schematisch die Herstellung einer Solarzelle mit einer Passivierungsdoppelschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die hier dargestellten Schichtstrukturen sind nicht in einem korrekten Maßstab wiedergegeben.
  • Zunächst wird gemäß der 1 ein Halbleitersubstrat 2 bereitgestellt. Auf einer Oberfläche 22 des Halbleitersubstrats 2, bei dem es sich um eine rückseitige Oberfläche handelt, ist eine Dotierschicht 21 mittels Diffusion von Bor oder mittels einer Implantation in das Halbleitermaterial gebildet. Diese Dotierschicht 21 ist optional, kann jedoch die rückseitige Kontaktierung der Solarzelle verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann das gesamte Halbleitersubstrat 2 mit Bor oder mit einem anderen geeigneten Dotierungsmaterial vordotiert sein, um einen Basishalbleiter der späteren Solarzelle zu bilden. Bei dem in 1 dargestellten Halbleitersubstrat 2 handelt es sich um einen Halbleiterwafer. Eine Substratvorderseite 23 des Halbleitersubstrats 2 kann vorerst unbehandelt bleiben. Ferner muss das Halbleitersubstrat 2 gegebenenfalls von Sägeschäden befreit sein. Hierzu kann beispielsweise eine Ätzlösung verwendet werden. Darüber hinaus kann der Wafer zur Herstellung von EWT-(Emitter-Wrap-Through) oder MWT-Zellen (Metal-Wrap-Through) Durchgangslöcher aufweisen, welche z. B. mittels Laserstrahlverfahren realisiert werden.
  • Anschließend werden eine erste Dielektrikschicht 3 und eine zweite Dielektrikschicht 4 auf die Oberfläche 22 des Halbleitersubstrats 2 abgeschieden, um eine Passivierungsdoppelschicht 3, 4 zu erzeugen. Das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in der 2 dargestellt. Die erste Dielektrikschicht 3 umfasst beispielsweise Al2O3 und die zweite Dielektrikschicht 4 SiOxNy. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die zweite Dielektrikschicht 4 einen relativ hohen Wasserstoffanteil aufweist. Die zweite Dielektrikschicht 4 aus SiOxNy wirkt in der Folge als eine Art Schutzschicht für die erste Dielektrikschicht 3 aus Al2O3. Alternativ kann eine umgekehrte Schichtfolge gewählt werden.
  • In einem folgenden Verfahrensschritt wird die Substratvorderseite 23, welche bei der fertigen, in 6 dargestellten Halbleitersolarzelle 1 als Lichteinfallseite genutzt werden soll, mittels eines nasschemischen Texturschrittes texturiert. Hierbei wirkt die Passivierungsdoppelschicht 3, 4 als Texturbarriere für die rückseitige Oberfläche 22 des Halbleitersubstrates 2. Das Ergebnis des Texturschrittes ist in der 3 als Pyramidstruktur auf der Substratvorderseite 23 schematisch dargestellt.
  • In einem anschließenden Diffusionsschritt wird auf der texturierten Substratvorderseite 23 in einem Diffusionsschritt eine Diffusionsschicht 24 in dem Halbleitersubstrat 2 gebildet, was in der 4 dargestellt ist. Dies kann beispielsweise in einer Gasphasendiffusion mittels Phosphoroxychlorid (POCl3) oder Bortribromid (BBr3) als Diffusionsstoff erfolgen, aus der die Diffusionsschicht 24 als Emitterschicht hervorgeht. Während der Diffusion können Temperaturen von bis zu 900°C vorherrschen. Die dotierte Schicht kann auch durch andere Techniken erfolgen als durch Gasphasendiffusion, z. B. durch Aufbringen dotierter Gläser mittels Spin-on oder Spray-on und anschließendem Erhitzen bzw. Eintreiben der Dotanden mittels Laser. Die Passivierungsdoppelschicht 3, 4 wirkt als Diffusionsbarriere während des Diffusionsschrittes, um die rückseitige Oberfläche 22 des Halbleitersubstrates 2 vor einer Diffusion zu schützen.
  • Während des Diffusionsschrittes kann eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) entstehen, die mit einem anschließenden Ätzschritt entfernt werden muss. Dies kann entweder nasschemisch oder mit Hilfe eines Plasma unterstützten Ätzverfahrens erreicht werden. Als Ätzlösung kommt beispielsweise eine HF basierte Lösung in Betracht.
  • Wie in der 5 dargestellt, wird auf der Diffusionsschicht 24 der Substratvorderseite 23 eine vorderseitige Antireflexionsschicht 6 beispielsweise aus Siliziumnitrid abgeschieden.
  • Schließlich wird die so hergestellte Halbleitersolarzelle 1 kontaktiert, indem beispielsweise eine Metallpaste vollflächig oder mittels Siebdruck oder ähnlicher Auftragungsverfahren vorder- und/oder rückseitig aufgebracht und die Halbleitersolarzelle 1 anschließend einem Feuerschritt unterzogen wird. Auf diese Weise entstehen eine Vorderseitenmetallisierung 7 als Emitterkontakte und eine Rückseitenmetallisierung 8 als Basiskontakt. Die Rückseitenmetallisierung 8 ist über in der Passivierungsdoppelschicht 3, 4 gebildete Durchgangslöcher 5 mit dem Halbleitersubstrat 2 elektrisch verbunden. Die Dielektrikschichten 3, 4 der Passivierungsdoppelschicht 3, 4 sollten in diesem Fall so gewählt sein, dass die Passivierungswirkung auch nach einem derartigen Feuerschritt erhalten bleibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleitersolarzelle
    2
    Hableitersubstrats
    21
    Dotierschicht
    22
    Oberfläche des Hableitersubstrats
    23
    Substratvorderseite
    24
    Diffusionsschicht
    3
    erste Dielektrikschicht
    4
    zweite Dielektrikschicht
    5
    Durchgangslöcher
    6
    Antireflexionsschicht
    7
    Vorderseitenmetallisierung
    8
    Rückseitenmetallisierung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007054384 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle (1), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (2) der Halbleitersolarzelle (1); – Erzeugen einer Passivierungsdoppelschicht (3, 4) auf einer Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2), indem eine erste Dielektrikschicht (3) aus einem ersten Dielektrikmaterial auf die Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2) aufgebracht wird und auf die erste Dielektrikschicht (3) eine zweite Dielektrikschicht (4) aus einem vom ersten Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht wird; und – einen weiteren Herstellungsschritt umfassend mindestens einen, zwei oder drei aus den folgenden Prozessschritten: ein Texturschritt, ein Diffusionsschritt und ein Ätzschritt, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des weiteren Herstellungsschrittes als Barriereschicht wirkt und das unmittelbar darunter liegende Halbleitersubstrat (2) schützt und wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) in der fertigen Halbleitersolarzelle (1) als Passivierungsschicht dient.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) unmittelbar auf die Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2) und/oder die zweite Dielektrikschicht (4) unmittelbar auf die erste Dielektrikschicht (3) aufgebracht wird.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) und 1 oder die zweite Dielektrikschicht (4) mittels Dünnschichtverfahren abgeschieden werden.
  4. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Herstellungsprozess einen Feuerschritt umfasst, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des Feuerschritts ihre Passivierwirkung beibehält.
  5. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen der ersten Dielektrikschicht (3) und/oder der zweiten Dielektrikschicht (4) die Oberfläche (22) des Halbleitersubstrats (2) eine Prozesstemperatur von etwa 600°C, vorzugsweise von etwa 500°C, eher bevorzugt von etwa 400°C, nicht überschreitet.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dielektrikmaterial Aluminiumoxid oder ein anderes Metalloxid umfasst und/oder das zweite Dielektrikmaterial Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
  7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dielektrikmaterial Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
  8. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) und/oder die zweite Dielektrikschicht (4) dotiert aufgebracht wird.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dielektrikschicht (4) derart aufgebracht wird, dass sie einen Wasserstoffanteil von zumindest 1 at% aufweist, vorzugsweise von zumindest 2 at%, eher bevorzugt von zumindest 5 at%.
  10. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) nach dem Auftragen getempert wird.
  11. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) vor oder nach dem weiteren Herstellungsschritt strukturiert wird.
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