DE102010025281A1 - Method for local removal of a surface layer and solar cell - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur lokalen Entfernung einer Oberflächenschicht (36), die auf einer Textur (30) eines texturierten Substrats aufgebracht ist, wobei die Textur (30) eine Vielzahl von Strukturelementen (32) mit Strukturspitzen (34) und/oder Strukturkanten aufweist, aufweisend die Schritte des lokalen Bestrahlungs der Textur (30) durch die Oberflächenschicht (36) hindurch mittels einer die Oberflächenschicht (36) zumindest partiell durchdringenden und von der Textur (30) zumindest partiell absorbierten Laserstrahlung, deren Intensität so eingestellt ist, dass die Textur (30) mittels der Laserstrahlung lokal angeschmolzen und nachfolgend rekristallisiert wird (16), wobei die Oberflächenschicht (36) im Bereich der Strukturspitzen (34) und/oder der Strukturkanten lokal so geöffnet wird, dass die Öffnungen nach der lokalen Bestrahlung der Textur (30) um die Strukturspitzen (34) und/oder die Strukturkanten herum von zusammenhängenden nicht geöffneten Bereichen der Oberflächenschicht (36) vollständig umgeben sind, und des Entfernens (18) der rekristallisierten Bereiche (38) der Textur (30) in einem Ätzschritt mittels eines Ätzmediums, wobei die Oberflächenschicht (36) abseits der rekristallisierten Bereiche (38) als Ätzmaskierung gegenüber dem Ätzmedium verwendet wird, sowie Solarzelle (70).A method for the local removal of a surface layer (36) applied to a texture (30) of a textured substrate, the texture (30) having a plurality of structural elements (32) with structural tips (34) and / or structural edges, comprising the steps the local irradiation of the texture (30) through the surface layer (36) by means of a laser radiation which at least partially penetrates the surface layer (36) and is at least partially absorbed by the texture (30), the intensity of which is set so that the texture (30) by means of the laser radiation is locally melted and subsequently recrystallized (16), the surface layer (36) in the region of the structure tips (34) and / or the structure edges being opened locally so that the openings around the structure tips after the local irradiation of the texture (30) (34) and / or the structure edges around contiguous, unopened areas of the surface layer (36) completely are surrounded, and the removal (18) of the recrystallized areas (38) of the texture (30) in an etching step by means of an etching medium, the surface layer (36) apart from the recrystallized areas (38) being used as an etching mask against the etching medium, as well as a solar cell (70).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Entfernung einer auf einer Textur aufgebrachten Oberflächenschicht sowie eine Solarzelle gemäß dem Obergriff des Anspruchs 10.The invention relates to a method for the local removal of a surface layer applied to a texture and to a solar cell according to the preamble of
In verschiedenen Anwendungsfällen ist es erforderlich, eine Oberflächenschicht lokal von einer Mikrostruktur zu entfernen. Beispielsweise ist in
Um dies zu verhindern, können beim Ätzen des Laserschadens Texturätzlösungen verwendet werden, sodass auch nach dem Laserschadenätzen eine Textur vorhanden ist. Die Verwendung von Texturätzlösungen erhöht jedoch den Fertigungsaufwand. Zudem können in vielen Anwendungsfällen nicht alle oder gar keine Texturätzlösung verwendet werden, da bestehende Oberflächen schichten, im geschilderten Fall der Solarzelle beispielsweise die Siliziumoxidschicht, nicht entfernt werden dürfen.In order to prevent this, texture etching solutions can be used in the etching of the laser damage, so that a texture is present even after the laser damage etching. However, the use of texture etching solutions increases manufacturing costs. In addition, not all or no textured etch solution can be used in many applications, since existing surfaces layers, in the case of the solar cell, for example, the silicon oxide layer, may not be removed.
Bei der Laserablation werden üblicherweise Laser eingesetzt, welche Laserpulse mit einer Dauer im Nanosekundenbereich aussenden. Der bei der Laserablation entstehende Laserschaden kann grundsätzlich durch die Verwendung von Laserpulsen mit sehr kurzen Pulsdauern reduziert werden. Für das geschilderte Beispiel der Solarzelle wären Laser mit einer Pulslänge im Pico- oder gar Femtosekunden zu verwenden, um den entstehenden Laserschaden derart zu verringern, dass bei einem nachfolgenden Ätzen des Laserschadens eine Einebnung der Textur hinreichend vermieden werden kann. Laser mit derartig kurzen Pulsdauern erhöhen den Fertigungsaufwand jedoch erheblich.In the case of laser ablation, lasers are usually used which emit laser pulses having a duration in the nanosecond range. The laser damage resulting from the laser ablation can basically be reduced by using laser pulses with very short pulse durations. For the described example of the solar cell, lasers having a pulse length in the picosecond or even femtosecond range would have to be used in order to reduce the resulting laser damage such that a leveling of the texture can be sufficiently avoided in a subsequent etching of the laser damage. However, lasers with such short pulse durations considerably increase the manufacturing outlay.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem aufwandsgünstig eine auf der Textur eines texturierten Substrats angeordnete Oberflächenschicht lokal und unter weitgehender Beibehaltung der Textur mittels Laserstrahlung entfernt werden kann.Against this background, the object of the present invention is to provide a method with which a low-cost surface layer arranged on the texture of a textured substrate can be locally removed by laser radiation while largely retaining the texture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsgünstig herstellbare Solarzelle mit verbessertem Wirkungsgrad zur Verfügung zu stellen.Furthermore, the invention has for its object to provide a cost-effectively producible solar cell with improved efficiency available.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 10.This object is achieved by a solar cell having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.Advantageous developments are each the subject of dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die lokale Entfernung einer Oberflächenschicht, die auf einer Textur eines texturierten Substrats aufgebracht ist, vor, wobei die Textur eine Vielzahl von Strukturelementen mit Strukturspitzen und/oder Strukturkanten aufweist. Zunächst erfolgt eine lokale Bestrahlung der Textur durch die Oberflächenschicht hindurch mittels einer die Oberflächenschicht (
Die Textur des texturierten Substrats kann durch eine Mikrostruktur gebildet sein. Das texturierte Substrat ist vorzugsweise ein texturiertes Siliziumsubstrat. Unter Texturmaterial soll immer das Material verstanden werden, aus dem die Textur besteht.The texture of the textured substrate may be formed by a microstructure. The textured substrate is preferably a textured silicon substrate. Texture material should always be understood as the material of which the texture is made.
Die Textur weist Strukturspitzen und/oder Strukturkanten auf, wobei unter den Strukturkanten die gemeinsame Grenzlinie zweier aneinander grenzender, eine unterschiedliche Orientierung der Flächennormalen aufweisenden Oberflächenelemente der Texturoberfläche zu verstehen ist.The texture has structure tips and / or structure edges, whereby, below the structure edges, the common boundary line of two adjacent, a different orientation of the Surface-normal surface elements of the textured surface is to be understood.
Wie eingangs erläutert, würde bei einer Laserablation das Texturmaterial infolge absorbierter Laserstrahlung verdampft werden. Durch den entstehenden Dampfdruck des verdampften Materials würde die Oberflächenschicht abgesprengt werden. Dies tritt erst ab einer gewissen Laserintensität ein, welche einen hinreichend großen Energieeintrag ermöglicht. Im Sinne der vorliegenden Erfindung liegt die Intensität der Laserstrahlung unter dieser gewissen Laserintensität, der sogenannten Ablationsschwelle, wenn kein oder nur so wenig Texturmaterial verdampft wird, dass die Oberflächenschicht nicht abgesprengt wird.As explained above, in the case of a laser ablation, the texture material would be vaporized as a result of absorbed laser radiation. Due to the resulting vapor pressure of the vaporized material, the surface layer would be blasted off. This occurs only from a certain laser intensity, which allows a sufficiently large energy input. For the purposes of the present invention, the intensity of the laser radiation is below this certain laser intensity, the so-called ablation threshold, when no or only so little texture material is vaporized that the surface layer is not blasted off.
Bei. dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während dem lokalen Anschmelzen und/oder der Rekristallisation die Oberflächenschickt lokal geöffnet. Dies ist dahingehend zu verstehen, dass die rekristallisierten Bereiche zumindest nicht mehr vollständig von der Oberflächenschicht bedeckt sind. Infolgedessen können sie im Weiteren von dem Ätzmedium angegriffen und entfernt werden.In. In the method according to the invention, the surface is sent open locally during local melting and / or recrystallization. This is to be understood in that the recrystallized areas are at least no longer completely covered by the surface layer. As a result, they may subsequently be attacked and removed by the etchant.
Als Ätzmedium können alkalische Ätzlösungen, beispielsweise eine wässrige KOH- oder eine wässrige NaOH-Lösung, ohne texturierend wirkende Zusätze verwendet werden.As an etching medium, alkaline etching solutions, for example an aqueous KOH or an aqueous NaOH solution, can be used without texturizing additives.
Als Oberflächenschicht kann beispielsweise eine Siliziumoxidschicht verwendet werden. Deren Dicke beträgt vorzugsweise 2 bis 70 nm, besonders bevorzugt 10 bis 70 nm. Alternativ kann unter anderem eine Siliziumnitridschicht als Oberflächenschicht verwendet werden. Deren Dicke beträgt vorzugsweise 20 bis 150 nm.As a surface layer, for example, a silicon oxide layer can be used. Its thickness is preferably 2 to 70 nm, particularly preferably 10 to 70 nm. Alternatively, inter alia, a silicon nitride layer may be used as the surface layer. Its thickness is preferably 20 to 150 nm.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich bewährt bei der Entfernung einer Oberflächenschicht von einer Textur, deren Strukturelemente im Wesentlichen einen Strukturdurchmesser von weniger als 100 μm, vorzugsweise von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 15 μm aufweisen. Die Höhe der Strukturelemente beträgt vorteilhafterweise 3 bis 15 μm.The method according to the invention has proven useful in the removal of a surface layer from a texture whose structural elements have substantially a structural diameter of less than 100 μm, preferably less than 50 μm and particularly preferably less than 15 μm. The height of the structural elements is advantageously 3 to 15 microns.
Bevorzugt werden Strukturspitzen der Textur angeschmolzen und rekristallisiert. Unter Strukturspitzen sind dabei die am weitesten hervorstehenden Bereiche der einzelnen Strukturelemente der Textur zu verstehen. Ein Anschmelzen der Strukturspitzen lässt sich beispielsweise unter Ausnutzung von Wärmestaueffekten, beziehungsweise schlechtem Wärmeabfluss, und/oder optischen Effekten bei der Bestrahlung der Textur mit Laserstrahlung realisieren. Vorteilhafterweise werden die Strukturspitzen über eine Querschnittsfläche von weniger als 5 μm2 hinweg angeschmolzen, vorzugsweise über eine Querschnittsfläche von weniger als 1 μm2 hinweg.Preferably, texture peaks of the texture are melted and recrystallized. Structure peaks are to be understood as meaning the furthest protruding areas of the individual structural elements of the texture. Melting of the structure tips can be achieved, for example, by utilizing heat accumulation effects or poor heat dissipation, and / or optical effects during the irradiation of the texture with laser radiation. Advantageously, the structure tips are fused over a cross-sectional area of less than 5 μm 2 , preferably over a cross-sectional area of less than 1 μm 2 .
Alternativ können Strukturkanten der Textur zumindest teilweise angeschmolzen und rekristallisiert werden. Sind die Strukturelemente der Textur beispielsweise als Pyramiden ausgebildet, so können Kanten dieser Pyramiden ganz oder teilweise angeschmolzen und anschließend rekristallisiert werden.Alternatively, texture edges of the texture may be at least partially fused and recrystallized. If the structural elements of the texture are designed, for example, as pyramids, edges of these pyramids can be completely or partially melted and subsequently recrystallized.
Beim lokalen Anschmelzen können Schmelztropfen aus geschmolzenem Texturmaterial gebildet werden. Unter einem Schmelztropfen ist dabei ein tropfenartiges Gebilde aus geschmolzenem Texturmaterial zu verstehen. Insbesondere kann der Schmelztropfen Kugelform oder eine kugelähnliche Form aufweisen. Dass der Schmelztropfen aus geschmolzenem Texturmaterial gebildet ist, ist nicht dahingehend zu verstehen, dass keine anderen Bestandteile enthalten sein dürfen. Beispielsweise können Teile der geöffneten Oberflächenschicht in dem Schmelztropfen enthalten sein.In local smelting, melt drops of molten texture material may be formed. Under a melt drop is to understand a drop-like structure of molten texture material. In particular, the melted drop may have a spherical shape or a spherical shape. That the melted drop is formed from molten texture material is not to be understood as meaning that no other ingredients may be included. For example, portions of the opened surface layer may be contained in the melt drop.
Besonders bevorzugt werden Schmelztropfen gebildet, deren größte Durchmesser 0,5 bis 2 μm betragen. Da ein Schmelztropfen nicht zwingend Kugelform aufweist, kann dessen Durchmesser nicht eindeutig bestimmt werden. Der Durchmesser variiert je nachdem, in welcher Raumrichtung der Durchmesser bestimmt wird. Werden alle möglichen Durchmesser eines Schmelztropfens bestimmt, so beträgt der größte bestimmte Durchmesser 0,5 bis 2 μm.Particularly preferred melt droplets are formed whose largest diameter is 0.5 to 2 microns. Since a melt droplet does not necessarily have spherical shape, its diameter can not be determined unambiguously. The diameter varies depending on the spatial direction in which the diameter is determined. If all possible diameters of a melting drop are determined, then the largest specific diameter is 0.5 to 2 μm.
Vorteilhafterweise wird die Textur in Teilbereichen der bestrahlten Texturoberfläche lokal angeschmolzen und rekristallisiert, die sich zusammen über maximal 15 der bestrahlten Texturoberfläche erstrecken. Besonders bevorzugt erstrecken sie sich lediglich über 10 der bestrahlten Texturoberfläche. Alle Teilbereiche der bestrahlten Texturoberfläche, in welchen die Textur lokal angeschmolzen und rekristallisiert wird, bedecken somit maximal 15 beziehungsweise maximal 10 der insgesamt bestrahlten Texturoberfläche.Advantageously, the texture in parts of the irradiated texture surface is locally melted and recrystallized, which together extend over a maximum of 15 of the irradiated texture surface. More preferably, they extend only over 10 of the irradiated texture surface. All subareas of the irradiated texture surface in which the texture is locally melted and recrystallized thus cover a maximum of 15 and a maximum of 10 of the total irradiated texture surface.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden nach dem Entfernen der rekristallisierten Bereiche in nicht von der Oberflächenschicht bedeckten Bereichen Ätzmulden in der Textur ausgebildet. Dies erfolgt mittels eines Ätzmediums, beispielsweise mittels einer Ätzlösung. Vorteilhafterweise dient die Oberflächenschicht dabei weiterhin als Ätzmaskierung. Das verwendete Ätzmedium wird entsprechend gewählt. Die Ätzmulden werden demzufolge in nicht von der Oberflächenschicht bedeckten Bereichen ausgebildet. Ätzrate und Einwirkdauer des Ätzmediums bestimmen die Tiefe der ausgebildeten Ätzmulden und damit die Größe der oberflächenschichtfreien Oberfläche. Je tiefer die Ätzmulden ausgeführt werden, umso größer wird der Anteil der Texturoberfläche, welcher frei von der Oberflächenschicht ist.In a further development of the invention, after the removal of the recrystallized regions, etching recesses in the texture are formed in areas not covered by the surface layer. This is done by means of an etching medium, for example by means of an etching solution. Advantageously, the surface layer continues to serve as Ätzmaskierung. The etching medium used is chosen accordingly. The etch wells are thus formed in areas not covered by the surface layer. Etch rate and exposure time of the etching medium determine the depth of the etch wells formed and thus the size of the surface layer-free surface. The deeper the etch pits are made, the larger the proportion of the texture surface which is free from the surface layer.
Bevorzugt werden die Ätzmulden ausgebildet, indem der Ätzschritt, in welchem die rekristallisierten Bereiche entfernt werden, nach dem Entfernen der rekristallisierten Bereiche fortgesetzt wird. Die Ätzmulden werden in diesem Fall mit demselben Ätzmedium ausgebildet, mit welchem auch die rekristallisierten Bereiche entfernt wurden. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Prozessführung. Preferably, the etch wells are formed by continuing the etch step in which the recrystallized regions are removed after removal of the recrystallized regions. The etch wells are formed in this case with the same etching medium with which also the recrystallized areas have been removed. This allows a cost-effective process management.
Vorteilhafterweise werden Ätzmulden ausgebildet, die sich mit zunehmender Ätztiefe verjüngen.Advantageously, etch wells are formed, which taper with increasing etch depth.
Vorzugsweise wird durch die Ausbildung der Ätzmulden ein von der Oberflächenschicht freier Oberflächenanteil geschaffen, dessen gesamte Oberfläche 5 bis 80 der insgesamt mit Laserstrahlung bestrahlten Oberfläche der Textur beträgt. Dieser Oberflächenanteil wird nachfolgend als Öffnungsfläche bezeichnet. Besonders bevorzugt beträgt die Öffnungsfläche 20 bis 60 der insgesamt mit Laserstrahlung bestrahlten Oberfläche der Textur.Preferably, by forming the etch wells, a surface portion free of the surface layer is created, the entire surface of which is 5 to 80 of the total surface of the texture irradiated with laser radiation. This surface portion is hereinafter referred to as the opening area. Particularly preferably, the opening area is 20 to 60 of the total surface of the texture irradiated with laser radiation.
In der Praxis hat es sich bewährt, die Oberflächenschicht lokal von einer als Pyramidenstruktur ausgeführten Textur zu entfernen. Die Strukturelemente der Textur sind in diesem Fall Pyramiden. Eine Pyramidenstruktur kann beispielsweise gebildet sein durch alkalisch oder sauer texturierte Siliziumsubstrate, insbesondere solche mit einer sogenannten Isotextur. Bevorzugt werden texturierte monokristalline Siliziumsubstrate mit einer <100>-Kristallorientierung verwendet. Insbesondere kann es sich bei den genannten Siliziumsubstraten um Siliziumsolarzellensubstrate handeln.In practice, it has been proven to locally remove the surface layer from a texture designed as a pyramidal structure. The structural elements of the texture are pyramids in this case. A pyramid structure can be formed, for example, by alkaline or acidic textured silicon substrates, in particular those with a so-called isotype. Preferably, textured monocrystalline silicon substrates with a <100> crystal orientation are used. In particular, the silicon substrates mentioned can be silicon solar cell substrates.
Besonders bevorzugt werden die nach dem Entfernen der rekristallisierten Bereiche ausgebildeten Ätzmulden als invertierte Pyramiden ausgeführt. Dies hat sich insbesondere bei der Herstellung von Solarzellen bewährt.Particularly preferably, the etchant wells formed after removal of the recrystallized regions are designed as inverted pyramids. This has proved particularly useful in the manufacture of solar cells.
Die Textur kann beispielsweise mit Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im grünen Spektralbereich bestrahlt werden. Vorzugsweise, und besonders bevorzugt wenn das Texturmaterial Silizium ist, wird Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 515 nm oder 532 nm eingesetzt. Zweckmäßigerweise wird gepulste Laserstrahlung verwendet. In der Praxis haben sich Pulslängen zwischen 20 ns und 50 ns bewährt.The texture can be irradiated, for example, with laser radiation having a wavelength in the green spectral range. Preferably, and most preferably when the texture material is silicon, laser radiation having a wavelength of 515 nm or 532 nm is used. Appropriately, pulsed laser radiation is used. In practice, pulse lengths between 20 ns and 50 ns have proven successful.
Der Laserstrahl sollte hinsichtlich der Leistungsverteilung möglichst homogen sein. Hierdurch kann ein gleichmäßigeres Anschmelzen der Textur über die bestrahlte Fläche realisiert werden. Geeignet sind Multimodelaser, bei denen der Laserstrahl über eine mehrere Meter lange Lichtleitfaser ausgekoppelt wird. Dies ist beispielsweise bei der Laserquelle Rofin Powerline L 100 der Fall.The laser beam should be as homogeneous as possible in terms of power distribution. As a result, a more uniform melting of the texture over the irradiated surface can be realized. Suitable are multimode lasers, in which the laser beam is coupled out over a several meters long optical fiber. This is the case, for example, with the Rofin Powerline L 100 laser source.
Bevorzugt wird die Oberflächenschicht lokal von einer Textur entfernt, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und aus Halbleitermaterial besteht, vorzugsweise aus Silizium. Eine solche Textur kann durch ein texturiertes Halbleitersubstrat gebildet sein, beispielsweise durch ein texturiertes Siliziumsubstrat. Besonders bevorzugt wird ein monokristallines Siliziumsubstrat mit einer <100>-Kristallorientierung verwendet.Preferably, the surface layer is locally removed from a texture which is formed on a semiconductor substrate and consists of semiconductor material, preferably of silicon. Such a texture may be formed by a textured semiconductor substrate, such as a textured silicon substrate. Particularly preferably, a monocrystalline silicon substrate with a <100> crystal orientation is used.
Je nach Anwendungsfall kann es von Vorteil sein, die Oberflächenschicht auch nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere nach dem Ausbilden der Ätzmulden, noch auf der Textur zu belassen. Beispielsweise kann bei der Solarzellenherstellung eine Oberflächenschicht aus Siliziumoxid zur Verbesserung einer Oberflächenpassivierung auf der Textur belassen werden.Depending on the application, it may be advantageous to leave the surface layer still on the texture even after carrying out the method according to the invention, in particular after the formation of etch wells. For example, in solar cell fabrication, a surface layer of silicon oxide may be left on the texture to improve surface passivation.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie dessen Weiterbildungen können verwendet werden zur lokalen Entfernung einer Oberflächenschicht von einer Textur eines Solarzellensubstrats in stärker zu dotierenden Bereichen einer zweistufigen Emitterstruktur.The method according to the invention and its developments can be used for locally removing a surface layer from a texture of a solar cell substrate in regions of a two-stage emitter structure to be doped more heavily.
Eine erfindungsgemäße Solarzelle weist ein Solarzellensubstrat auf, welches zumindest teilweise mit einer Texturversehen ist, wobei Strukturelemente der Textur Ätzmulden aufweisen, die sich in die Strukturelemente hinein erstrecken.A solar cell according to the invention has a solar cell substrate, which is at least partially provided with a texture, wherein structural elements of the texture have etching troughs which extend into the structural elements.
Eine Textur von Solarzellen dient der Erhöhung der Lichteinkopplung in das Solarzellensubstrat und stellt eine Mikrostruktur dar. Deren Strukturelemente haben im Wesentlichen einen Strukturdurchmesser von weniger als 100 μm vorzugsweise von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 15 μm. Weiterhin sind die Strukturelemente vorzugsweise 3 μm bis 15 μm hoch. Derartige Mikrostrukturen können in an sich bekannter Weise durch alkalische oder saure Texturätzlösungen hergestellt werden. Dementsprechend kann es sich bei der Textur auf dem Solarzellensubstrat um eine alkalische oder um eine saure Textur handeln, insbesondere um eine Isotextur.A texture of solar cells serves to increase the coupling of light into the solar cell substrate and represents a microstructure. Its structural elements essentially have a structural diameter of less than 100 μm, preferably less than 50 μm and particularly preferably less than 15 μm. Furthermore, the structural elements are preferably 3 μm to 15 μm high. Such microstructures can be prepared in a conventional manner by alkaline or acid Texturätzlösungen. Accordingly, the texture on the solar cell substrate may be an alkaline or an acidic texture, in particular an isotexture.
Die Ätzmulden können das Reflexionsverhalten der Solarzelle zusätzlich verbessern, insbesondere gegenüber einer Solarzelle, bei welcher anstelle der Ätzmulden ebene Oberflächen in Teilbereichen der Textur vorliegen. Dies ermöglicht bessere Wirkungsgrade der Solarzelle.The etching pits can additionally improve the reflection behavior of the solar cell, in particular in comparison to a solar cell, in which instead of the etching pits, planar surfaces are present in partial regions of the texture. This enables better efficiency of the solar cell.
Zur weiteren Verbesserung des Reflexionsverhaltens sind Ätzmulden vorgesehen, die sich zunehmend verjüngen, je weiter sie sich in die Strukturelemente hinein erstrecken.To further improve the reflection behavior, etch wells are provided, which increasingly taper as they extend into the structure elements.
Das Solarzellensubstrat kann als Siliziumsolarzellensubstrat ausgeführt sein. Vorzugsweise handelt es sich um ein monokristallines Siliziumsolarzellensubstrat und besonders bevorzugt um eines mit einer <100>-Kristallorientierung. The solar cell substrate may be implemented as a silicon solar cell substrate. Preferably, it is a monocrystalline silicon solar cell substrate, and more preferably one with a <100> crystal orientation.
Bevorzugt sind die Ätzmulden an Strukturspitzen der Strukturelemente angeordnet. In Übereinstimmung mit obigen Ausführungen sind unter Strukturspitzen die am weitesten hervorstehenden Bereiche der einzelnen Strukturelemente der Textur zu verstehen. Alternativ könnten die Ätzmulden an Kanten der Strukturelemente angeordnet sein, beispielsweise an Kanten von Pyramiden.The etching pits are preferably arranged on structural tips of the structural elements. In accordance with the above, structural peaks are to be understood as the most prominent regions of the individual structural elements of the texture. Alternatively, the etch wells could be arranged on edges of the structural elements, for example on edges of pyramids.
Vorteilhafterweise sind Ätzmulden vorgesehen, die sich von einer Grundfläche ausgehend in die Strukturelemente hinein erstrecken, wobei die genannte Grundfläche weniger als 5 μm2 beträgt, vorzugsweise weniger als 1 μm2. Derartige Grundflächen haben sich beispielsweise bei Solarzellen mit einer zweistufigen Dotierung, insbesondere bei selektiven Emittern, bewährt.Advantageously, etching pits are provided, which extend from a base surface into the structural elements, said base area being less than 5 μm 2 , preferably less than 1 μm 2 . Such bases have been proven, for example, in solar cells with a two-stage doping, especially in selective emitters.
Vorzugsweise sind die Strukturelemente der Textur als Pyramiden ausgeführt. Wie oben bereits dargelegt wurde, kann dies durch die Wahl geeigneter Texturätzlösungen realisiert werden.The structural elements of the texture are preferably designed as pyramids. As stated above, this can be realized by the choice of suitable texture etching solutions.
Die Ätzmulden weisen bevorzugt die Form invertierter Pyramiden auf. Dadurch kann das Reflexionsverhalten der Solarzelle weiter verbessert werden.The etch wells preferably have the form of inverted pyramids. As a result, the reflection behavior of the solar cell can be further improved.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Solarzelle sind die Strukturelemente der Textur mit einer Oberflächenschickt bedeckt, die in den Bereichen der Ätzmulden Öffnungen aufweist. Vorteilhafterweise ist die Oberflächenschicht als Siliziumoxidschicht ausgeführt, vorzugsweise mit einer Dicke von 2 bis 70 nm, besonders bevorzugt mit einer Dicke von 10 bis 70 nm. Alternativ kann die Oberflächenschicht als Siliziumnitridschicht ausgeführt sein, vorzugsweise mit einer Dicke von 20 bis 150 nm.In one embodiment variant of the solar cell according to the invention, the structural elements of the texture are covered with a surface which has openings in the regions of the etching pits. Advantageously, the surface layer is embodied as a silicon oxide layer, preferably with a thickness of 2 to 70 nm, particularly preferably with a thickness of 10 to 70 nm. Alternatively, the surface layer may be embodied as a silicon nitride layer, preferably with a thickness of 20 to 150 nm.
Vorteilhafterweise sind Ätzmulden aufweisende Strukturelemente der Textur in stärker dotierten Bereichen einer zweistufigen Dotierung angeordnet, vorzugsweise in stärker dotierten Bereichen einer selektiven Emitterstruktur.Advantageously, structure elements of the texture which have etch-wells are arranged in more heavily doped regions of a two-stage doping, preferably in more heavily doped regions of a selective emitter structure.
Sind Ätzmulden aufweisende Strukturelemente in den stärker dotierten Bereichen angeordnet, so sind deren Ätzmulden folglich großteils ebenfalls in stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung angeordnet. Besonders bevorzugt ist ein Teil der in den stärker dotierten Bereichen der zweistufigen Dotierung angeordneten Ätzmulden nicht von einer Metallisierung der Solarzelle, beispielsweise von Vorderseitenkontakten, überdeckt.If etching elements having etching elements are arranged in the more heavily doped regions, their etch wells are consequently also largely arranged in more heavily doped regions of the two-stage doping. Particularly preferably, a part of the etchant wells arranged in the more heavily doped regions of the two-stage doping is not covered by a metallization of the solar cell, for example front side contacts.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to figures. Where appropriate, elements having equivalent effect are provided with like reference numerals. Show it:
Die Prinzipdarstellung in
Wie
Im Weiteren wird auf dem Siliziumsubstrat und damit auf der Textur
Im Weiteren wird die Textur
Infolge der Bestrahlung
Wie
Nach dem Entfernen
Der Übergang von dem Entfernen
In der Teildarstellung der
An den schwächer dotierten Bereich
In dem stärker dotierten Bereich
Die Strukturelemente
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Texturieren SiliziumsubstratTexturing silicon substrate
- 1212
- Ausbilden Siliziumoxidschicht auf SiliziumsubstratForm silicon oxide layer on silicon substrate
- 1414
- Bestrahlen der TexturIrradiate the texture
- 1616
- Lokales Anschmelzen und Rekristallisieren der StrukturspitzenLocal melting and recrystallization of the structure tips
- 1818
- Entfernen rekristallisierter BereicheRemoving recrystallized areas
- 2020
- Ausbilden ÄtzmuldenForming Etching pits
- 3030
- Texturtexture
- 3232
- Strukturelementstructural element
- 3434
- Strukturspitzenstructure tips
- 3636
- Siliziumoxidschichtsilicon oxide
- 3838
- Rekristallisierter SchmelztropfenRecrystallized melt drop
- 4040
- ÄtzmuldeÄtzmulde
- 7070
- Solarzellesolar cell
- 7171
- Solarzellensubstratsolar cell substrate
- 7272
- Metallisierungmetallization
- 7373
- Rückkontaktback contact
- 7474
- Schwach dotierter BereichWeakly doped area
- 7676
- Stärker dotierter BereichHeavily doped area
- 7878
- Texturtexture
- 7979
- Strukturelementestructural elements
- 8080
- Strukturspitzestructure tip
- 8282
- ÄtzmuldeÄtzmulde
- 8484
- GrundflächeFloor space
- 8686
- Siliziumoxidschichtsilicon oxide
- 8888
- Öffnungopening
- hH
- Höhe des StrukturelementsHeight of the structure element
- AA
- TeildarstellungsbereichPart display area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Also Published As
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