DE102010054182A1

DE102010054182A1 - Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter

Info

Publication number: DE102010054182A1
Application number: DE102010054182A
Authority: DE
Inventors: Jolanta Olkowska-Oetzel; Jörg Isenberg; Andreas Teppe; Matthias Geiger
Original assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Current assignee: Centrotherm Photovoltaics AG
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-03-08

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter aufweisend die Schritte des Ausbildens (10, 12, 14) einer Dotierstoff enthaltenden Glasschicht (55) auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (50), des Ausbildens (16) eines schwach dotierten Emitters (58) in von der Glasschicht (55) bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) durch Eindiffusion (16) von Dotierstoff aus der Glasschicht (55) in das Solarzellensubstrat (50) hinein, der lokalen Eindiffusion (18) zusätzlichen Dotierstoffs aus der Glasschicht (55) in das Solarzellensubstrat (50) hinein durch lokales Erhitzen (18) von unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats (50) zum Zwecke der lokalen Ausbildung (18) stark dotierter Emitterbereiche (60), bei welchem als Dotierstoff enthaltende Glasschicht (55) solch eine Glasschicht (55) auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) ausgebildet wird (10, 12, 14), die in einer näher an der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) gelegenen ersten Teilschicht (52) der Glasschicht (55) eine niedrigere Dotierstoffkonzentration aufweist als in einer weiter von der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) entfernt gelegenen zweiten Teilschicht (54) der Glasschicht (55).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Seit geraumer Zeit ist bekannt, dass sich der Wirkungsgrad von Solarzellen durch die Ausbildung selektiver Emitterstrukturen verbessern lässt. Eine für die industrielle Solarzellenfertigung interessante Variante der Herstellung eines selektiven Emitters ist die Laserdiffusion. Diese sieht vor, dass zunächst ein homogener, schwach dotierter und somit hochohmiger Emitter auf einem Solarzellensubstrat ausgebildet wird. Im Weiteren wird das Solarzellensubstrat lokal mittels Laserstrahlung erhitzt. Auf diese Weise kann zum einen die Position von bereits im Solarzellensubstrat vorhandenem Dotierstoff verändert werden; beispielsweise kann er tiefer in das Solarzellensubstrat hineingetrieben und auf diese Weise das Emitterprofil lokal verändert werden. Zudem kann das Verhältnis von elektrisch inaktivem Dotierstoff zu elektrisch aktivem Dotierstoff lokal verändert werden. Zum anderen besteht die Möglichkeit, zusätzlichen Dotierstoff aus einer auf dem Solarzellensubstrat vorhandenen Dotierstoffquelle, beispielsweise aus einem Phosphor- oder Borglas, lokal in das Solarzellensubstrat einzudiffundieren und so die Dotierstoffkonzentration lokal zu erhöhen. Die beschriebenen Effekte ermöglichen es, lokal stark dotierte Emitterbereiche auszubilden, welche zusammen mit dem im Übrigen vorhandenen schwachen Emitter den gewünschten selektiven Emitter bilden.
In der Praxis ergeben sich für die Laserdiffusion einige Beschränkungen, welche die Ausbildung eines optimalen selektiven Emitters behindern. So werden beispielsweise Phosphor- oder Bordiffusionen darauf ausgelegt, ein für die Stromgeneration optimales Emitterprofil, genauer gesagt Emittertiefenprofil, auszubilden. Dies führt dazu, dass bei nachfolgenden Laserdiffusionen weniger Dotierstoff in dotierstoffhaltigen Glasschichten zur Verfügung steht, als für die Ausbildung optimaler stark dotierter Bereiche des selektiven Emitters erforderlich wäre. Hierdurch ergeben sich erhöhte Kontaktwiderstände zwischen den stark dotierten Emitterbereichen und darauf angeordneten Metallkontakten der fertigen Solarzelle, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter mittels Laserdiffusion zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, als Dotierstoff enthaltende Glasschicht solch eine Glasschicht auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats auszubilden, die in einer näher an der Oberfläche des Solarzellensubstrats gelegenen ersten Teilschicht der Glasschicht eine niedrigere Dotierstoffkonzentration aufweist als in einer weiter von der Oberfläche des Solarzellensubstrats entfernt gelegenen zweiten Teilschicht der Glasschicht.
Auf diese Weise ist es möglich, in stark dotierten Emitterbereichen des Solarzellensubstrats oberflächennah Dotierstoff in sehr hoher Konzentration vorzusehen und nur eine geringe Menge an Dotierstoff tiefer ins Solarzellensubstrat einzutreiben und dort zu aktivieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, aufwandsgünstig Solarzellen mit einem geringen Kontakt-, beziehungsweise Kontaktübergangswiderstand, zwischen den stark dotierten Emitterbereichen und einer darauf angeordneten Metallisierung herzustellen, ohne dass die Ladungsträgerkombination im Volumen der Solarzelle durch tief eingetriebenen, elektrisch aktiven zusätzlichen Dotierstoff verstärkt wird. Infolgedessen können aufwandsgünstig Solarzellen mit gesteigertem Wirkungsgrad hergestellt werden.
Der Abstand der Teilschichten von der Oberfläche des Solarzellensubstrats ist bezogen auf die nächstgelegene Oberfläche des Solarzellensubstrats zu bestimmen. Als Dotierstoff kann beispielsweise Phosphor oder Bor vorgesehen werden. Als Glasschicht, und somit auch als Teilschichten der Glasschicht, wird bevorzugt eine Phosphor- oder Borglasschicht verwendet. Als Solarzellensubstrat wird vorzugsweise ein Siliziumsubstrat verwendet.
Unter einem schwach dotierten Emitter im vorliegenden Sinne ist ein Emitter mit einem Schichtwiderstand von 80 Ω/square bis 200 Ω/square zu verstehen. Vorzugsweise wird ein schwach dotierter Emitter mit einem Schichtwiderstand von 100 Q/square bis 180 Ω/square und besonders bevorzugt mit einem Schichtwiderstand von 120 Ω/square bis 160 Ω/square ausgebildet. Stark dotierte Emitterbereiche im vorliegenden Sinne weisen einen Schichtwiderstand von weniger als 60 Ω/square auf.
In einer Ausführungsvariante des Verfahrens wird die Glasschicht derart ausgestaltet, dass sie in der zweiten Teilschicht eine mindestens doppelt so hohe Dotierstoffkonzentration aufweist wie in der ersten Teilschicht.
Vorzugsweise wird die zweite Teilschicht nach einem sogenannten Eintreibschritt, welcher häufig als drive-in-Schritt bezeichnet wird und während welchem Dotierstoff aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat eingetrieben wird, ausgebildet.
Ergänzend zu der ersten und zweiten Teilschicht der Glasschicht können weitere Teilschichten vorgesehen werden, die derartige Dotierstoffkonzentrationen aufweisen, dass sich insgesamt eine über die Dicke der Glasschicht hinweg monoton abfallende Dotierstoffkonzentration ergibt. Vorzugsweise werden die Teilschichten und deren Dotierstoffkonzentrationen derart gewählt, dass sich eine über die Dicke der Glasschicht hinweg streng monoton abfallende Dotierstoffkonzentration ergibt.
Vorteilhafterweise wird der wenigstens eine Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats vor dem Ausbilden der Glasschicht mit einer Textur versehen. Diese kann auf jede an sich bekannte Weise ausgebildet werden, beispielsweise durch nasschemisches Ätzen.
Bevorzugt wird als Glasschicht im Verlauf einer POCl₃-Diffusion eine Phosphorglasschicht ausgebildet. Bei dieser Variante wird vorteilhaft einer im Verlauf der POCl₃-Diffusion gebildeten POCl₃-haltigen Atmosphäre während eines ersten Zeitraums zum Zwecke des Ausbildens der ersten Teilschicht eine erste Menge an O₂ beigemengt. Ferner wird der im Verlauf der POCl₃-Diffusion gebildeten POCl₃-haltigen Atmosphäre während eines späteren zweiten Zeitraums zum Zwecke des Ausbildens der zweiten Teilschicht eine zweite Menge an O₂ beigemengt, welche geringer ist als die erste Menge an O₂. Auf diese Weise können aufwandsgünstig in einem ohnehin durchgeführten Ofenschritt, nämlich dem der POCl₃-Diffusion, beide Teilschichten der Glasschicht ausgebildet werden. In der Praxis hat es sich bewährt, zur Ausbildung der POCl₃-Atmosphäre Stickstoffgas als Trägergas durch eine häufig als „bubbler” bezeichnete Dotierstoffquelle zu leiten. Die oben beschriebenen monoton oder streng monoton über die Dicke der Glasschicht hinweg abfallenden Dotierstoffkonzentrationen können einfach realisiert werden, indem die Beimengung O₂ kontinuierlich gesteuert oder geregelt wird. Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der zweite Zeitraum erst nach Beendigung eines Eintreibschrittes beginnt, die zweite Teilschicht also erst ausgebildet wird, nachdem bereit Phosphor aus der ersten Teilschicht in das Solarzellensubstrat eingetrieben worden ist.
Vorteilhafterweise wird der lokal eindiffundierte zusätzliche Dotierstoff bis zu einer maximalen Tiefe von 30 nm in das Solarzellensubstrat eingetrieben, vorzugsweise bis zu einer maximalen Tiefe von 20 nm und besonders bis zu einer maximalen Tiefe von 10 nm. Da sich herausgestellt hat, dass für einen niedrigen Kontaktwiderstand zwischen den stark dotierten Emitterbereichen und darauf angeordneten Kontakten im Wesentlichen die oberflächennahe Konzentration an elektrisch aktivem und inaktivem Dotierstoff entscheidend ist, kann auf diese Weise eine Veränderung des Emitterprofils in die genannten Werte übersteigenden Tiefen verhindert werden, sodass eine Zunahme der Ladungsträgerrekombination vermieden werden kann.
Bevorzugt wird bei dem lokalen Eindiffundieren solch eine Menge elektrisch inaktiven Dotierstoffs in das Solarzellensubstrat eindiffundiert, dass in den stark dotierten Emitterbereichen elektrisch inaktiver Dotierstoff in einer Konzentration von mindestens 10²⁰ cm^–3 vorliegt. Auf diese Weise kann der Kontaktwiderstand zwischen stark dotierten Emitterbereichen und darauf angeordneten Kontakten bei geringer Auger-Rekombination realisiert werden.
Bevorzugt erfolgt das lokale Erhitzen von unter der Glasschicht gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats mittels gepulster Laserstrahlung mit einer Pulslänge von weniger als 300 ns, vorzugsweise von weniger als 100 ns. Auf diese Weise wird das Solarzellensubstrat nur sehr nahe an seiner Oberfläche erhitzt und damit ein tiefes Eindiffundieren zusätzlichen Dotierstoffs verhindert. In der Praxis haben sich Laser mit einem sogenannten Flattop-Profil bewährt. Vorteilhafterweise wird ein quadratisches oder rechteckiges Flattop-Profil verwendet. Hierdurch kann ein homogener Wärmeeintrag in das Solarzellensubstrat gewährleistet werden. Im Fall eines rechteckigen Flattop-Profils kann das Seitenverhältnis beispielsweise 1:10 betragen, bevorzugt wird jedoch ein Seitenverhältnis von 1:5 und besonders bevorzugt eines von 1:3. Dies ermöglicht einen hohen Durchsatz in der Fertigung.
Die unter der Glasschicht gelegenen Bereiche des Solarzellensubstrats werden vorzugsweise lokal mittels Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 532 nm oder weniger erhitzt. Besonders bevorzugt wird blaue oder ultraviolette Laserstrahlung eingesetzt. Dies erleichtert es, ein tiefes Eindiffundieren des zusätzlichen Dotierstoffs zu verhindern. Zudem wird eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit ermöglicht.
Generell wird bei dem lokalen Erhitzen die Laserstrahlung vorzugsweise überlappfrei über das Solarzellensubstrat geführt und ein mehrfaches Abrastern des Solarzellensubstrats vermieden.
Nach dem Ausbilden des schwach dotierten Emitters und vor der lokalen Eindiffusion des zusätzlichen Dotierstoffs wird vorteilhafterweise eine in der Glasschicht vorherrschende mittlere Dotierstoffkonzentration erhöht. Die mittlere Dotierstoffkonzentration berechnet sich dabei aus der Summe des insgesamt in der gesamten Glasschicht enthaltenen Dotierstoffs bezogen auf das Volumen der gesamten Glasschicht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass auch nach dem Ausbilden des schwach dotierten Emitters und der damit verbundenen Eindiffusion von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat genügend Dotierstoff in der Glasschicht zur Verfügung steht, um im Rahmen der Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche eine hinreichende Menge zusätzlichen Dotierstoffs lokal in das Solarzellensubstrat eindiffundieren zu können.
Die in der Glasschicht vorherrschende mittlere Dotierstoffkonzentration kann beispielsweise dadurch erhöht werden, dass weiterer Dotierstoff in die bestehende Glasschicht eingebracht wird, beispielsweise durch Eindiffusion von Dotierstoff aus einer zusätzlichen Dotierstoffquelle in die bestehende Glasschicht hinein.
Alternativ oder zusätzlich kann zur Erhöhung der in der Glasschicht vorherrschenden mittleren Dotierstoffkonzentration eine Zusatzglasschicht, welche eine die mittlere Dotierstoffkonzentration der Glasschicht übersteigende Dotierstoffkonzentration aufweist auf die bestehende Glasschicht aufgebracht werden. Hierdurch ergibt sich eine vergrößerte Glasschicht mit einer erhöhten mittleren Dotierstoffkonzentration. Die Zusatzglasschicht kann beispielsweise aufgebracht werden, indem die Glasschicht nach dem Ausbilden des schwach dotierten Emitters einer POCl₃- oder einer BBr₃-haltigen Atmosphäre ausgesetzt wird.
Nachdem das Ausbilden des schwach dotierten Emitters und die lokale Eindiffusion des zusätzlichen Dotierstoffs erfolgt ist, wird vor einem Aufbringen einer Metallisierung auf die stark dotierten Emitterbereiche das Solarzellensubstrat vorzugsweise getempert. Hierbei wird in den stark dotierten Emitterbereichen vorliegender, elektrisch inaktiver Phosphor aktiviert. Das Tempern erfolgt vorteilhafterweise bei Temperaturen im Bereich von 750°C bis 1000°C während einer Dauer von zwei Sekunden bis 30 Minuten. Besonders bevorzugt wird in einer aus Stickstoff und/oder Sauerstoff bestehenden Atmosphäre getempert.
Vorteilhafterweise wird bei dem lokalen Erhitzen von unter der Glasschicht gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats ein Oberflächenanteil des Solarzellensubstrats angeschmolzen und rekristallisiert, der weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% der Gesamtoberfläche aller lokal erhitzten Bereiche beträgt. Besonders bevorzugt wird das Solarzellensubstrat bei dem lokalen Erhitzen überhaupt nicht angeschmolzen. Auf diese Weise kann, wie in der deutschen Patentanmeldung mit Anmeldenummer 10 2010 010 813.8 beschrieben, eine Schädigung der Kristallstruktur in Folge des lokalen Erhitzens, insbesondere mittels Laserstrahlung, weitestgehend vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad der gefertigten Solarzelle aus.
Das lokale Erhitzen der unter der Glasschicht gelegenen Bereiche des Solarzellensubstrats kann unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgen. Zu diesem Zweck kann das Solarzellensubstrat, zumindest teilweise, in der Schutzgasatmosphäre angeordnet werden. Vorzugsweise werden die unter der Glasschicht gelegenen Bereiche des Solarzellensubstrats lokal mittels Laserstrahlung erhitzt und das Solarzellensubstrat dabei wenigstens zum Teil, vorzugsweise vollständig, in der Schutzgasatmosphäre angeordnet. Die Schutzgasatmosphäre kann gebildet sein durch ein Stickstoff und/oder ein Edelgase, beispielsweise Argon, aufweisendes Gasgemisch. Vorzugsweise wird Stickstoff oder Argon als Schutzgas verwendet.
Unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Herstellung einer Solarzelle mit selektivem Emitter mittels Laserdiffusion auf folgende Weisen verbessert werden:
Bei der Laserdiffusion, das heißt bei einer lokalen Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs in das Solarzellensubstrat hinein durch lokales Erhitzen des Solarzellensubstrats zum Zwecke der lokalen Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche, wird Laserstrahlung mit sehr kurzer Pulsdauer von weniger als 300 ns, vorzugsweise von weniger als 100 ns, verwendet. Wie oben beschrieben kann auf diese Weise ein nachteiliges tiefes Eindiffundieren von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat verhindert werden. Hierzu trägt überdies die Verwendung von Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 532 nm oder weniger, besonders bevorzugt von blauer oder ultravioletter Laserstrahlung, bei.
Eine alternative oder ergänzende Option zur Verfahrensverbesserung, und damit zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe, besteht darin, zunächst eine dotierstoffhaltige Glasschicht auf einem Siliziumsubstrat auszubilden und während eines nachfolgenden Eindiffundierens, beziehungsweise Eintreibens, von Dotierstoff aus diesem dotierstoffhaltigen Glas in das Siliziumsubstrat eine Siliziumoxidschicht auf das Siliziumsubstrat aufzuwachsen. Die Siliziumoxidschicht beginnt dabei an der Grenzschicht von dem dotierstoffhaltigen Glas zu dem Siliziumsubstrat aus zu wachsen. Infolgedessen ergibt sich eine flächige Diffusionsbarriere unter dem dotierstoffhaltigen Glas. Diese verhindert eine zu starke Eindiffusion von Dotierstoff aus dem mit einer hohen Dotierstoffkonzentration versehenen dotierstoffhaltigen Glas. Die Siliziumoxidschicht ist dabei derart auszubilden, dass infolge ihrer Barrierenwirkung zunächst nur ein schwach dotierter Emitter ausgebildet wird, dessen Dotierstoffkonzentration an der Oberfläche des Solarzellensubstrats im Falle eines Phosphoremitters weniger als 2·10²⁰ cm^–3, vorzugsweise weniger als 10²⁰ cm^–3, beträgt. In diesem Sinne behindert die Siliziumoxidschicht die Eindiffusion von Dotierstoff aus dem dotierstoffhaltigen Glas in das Siliziumsubstrat hinein. Gleichzeitig ist die Dicke der Siliziumoxidschicht gering genug zu wählen, dass mittels lokalen Erhitzens mit Laserstrahlung lokal erheblich größere Mengen Dotierstoff in das Siliziumsubstrat eingetrieben werden können als in den nicht bestrahlten Bereichen. Im Falle eines Phosphoremitters wird die Siliziumoxidschicht vorzugsweise derart ausgestaltet, dass in den mittels Laser behandelten Bereichen nach der Laserbehandlung eine Konzentration an elektrisch aktivem Phosphor vorliegt, welche der Löslichkeit von Phosphor in Silizium entspricht, das heißt in etwa 3·10²⁰ cm^–3, sowie eine erhebliche Konzentration an elektrisch inaktivem Phosphor. Im Falle eines Phosphoremitters kann die beschriebene Option zur Verfahrensverbesserung beispielsweise folgendermaßen realisiert werden: Zunächst wird das Siliziumsubstrat einer POCl₃-haltigen Atmosphäre ausgesetzt und dabei eine erste Teilschicht einer Phosphorglasschicht ausgebildet. Im Weiteren wird das Siliziumsubstrat einer O₂-Atmosphäre ausgesetzt und die Siliziumoxidschicht unmittelbar auf das Siliziumsubstrat aufgewachsen. Die Siliziumoxidschicht wird also zwischen der ersten Teilschicht der Phosphorglasschicht und dem Siliziumsubstrat ausgebildet. Nachfolgend wird das Siliziumsubstrat erneut einer POCl₃-haltigen Atmosphäre ausgesetzt und dabei wenigstens eine weitere Teilschicht der Phosphorglasschicht ausgebildet.
Eine weitere alternative oder ergänzende Option zur Verfahrensverbesserung besteht darin, zunächst eine Dotierstoff enthaltende Glasschicht auf einem Solarzellensubstrat auszubilden und im Weiteren Dotierstoff aus dieser Glasschicht in das Solarzellensubstrat einzudiffundieren und auf diese Weise einen schwach dotierten Emitter auszubilden. Im Weiteren wird noch vor der Laserdiffusion weiterer Dotierstoff in die bestehende Glasschicht eingebracht oder eine Zusatzglasschicht auf die bestehende Glasschicht aufgebracht, wobei die Zusatzglasschicht eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist als die bestehende Glasschicht zum Zeitpunkt des Aufbringens der Zusatzglasschicht. Auf diese Weise steht für eine sich anschließende lokale Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein, beispielsweise durch lokales Erhitzen des Solarzellensubstrats mittels Laserstrahlung, genügend Dotierstoff zur Verfügung, ohne dass dieser bereits während des Ausbildens des schwach dotierten Emitters vorhanden gewesen wäre. Somit steht für die lokale Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs genügend Dotierstoff zur Verfügung, ohne dass die Gefahr besteht, dass dieser bereits während des Ausbildens des schwach dotierten Emitters unerwünscht tief in das Solarzellensubstrat eindiffundiert. Dementsprechend ist es zu vermeiden, nach dem Einbringen weiteren Dotierstoffs in die bestehende Glasschicht, bzw. nach Aufbringen der Zusatzglasschicht, das Solarzellensubstrat längere Zeit hohen Temperaturen auszusetzen.
Eine weitere alternative oder ergänzende Verbesserungsoption besteht darin, dass, nachdem ein Ausbilden eines schwach dotierten Emitters und eine lokale Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs erfolgt ist und noch vor einem Aufbringen einer Metallisierung auf stark dotierte Emitterbereiche, das Solarzellensubstrat getempert wird. Hierbei wird in den stark dotierten Emitterbereichen mittels der lokalen Eindiffusion eingebrachter elektrisch inaktiver Dotierstoff aktiviert, sodass der Schichtwiderstand in diesen Bereichen weiter verringert wird. Dies ermöglicht wiederum geringe Kontaktübergangswiderstände zwischen den stark dotierten Emitterbereichen und einer darauf aufgebrachten Metallisierung.
Getempert wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 700°C bis 1000°C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 750°C bis 800°C, während einer Zeit von zwei Sekunden bis 30 Minuten. Das Tempern erfolgt dabei vorteilhafterweise in einer aus Stickstoff und/oder Sauerstoff (O2) bestehenden Atmosphäre.
Die beschriebenen Weisen der Verfahrensverbesserung können in vorteilhafter Weise beliebig miteinander kombiniert werden.
Unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Herstellung einer Solarzelle mit selektivem Emitter mittels Laserdiffusion zudem auf folgende weitere Weisen verbessert werden:
Eine Dotierstoff enthaltende Glasschicht wird auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats ausgebildet. Aus dieser Glasschicht heraus wird Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert und in dieser Weise ein schwach dotierter Emitter in von der Glasschicht bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats ausgebildet. Nachfolgend wird auf wenigstens einem Teilbereich derjenigen Bereiche des Solarzellensubstrats, in denen zuvor der schwach dotierte Emitter ausgebildet wurde, eine weitere Dotierstoffquelle auf das Solarzellensubstrat aufgebracht. Diese weitere Dotierstoffquelle kann mittelbar oder unmittelbar auf das Solarzellensubstrat aufgebracht werden. Im Weiteren werden unter der weiteren Dotierstoffquelle gelegene Bereiche des Solarzellensubstrats lokal erhitzt, vorzugsweise mittels Laserstrahlung, und in dieser Weise zusätzlicher Dotierstoff aus der weiteren Dotierstoffquelle in das Solarzellensubstrat eindiffundiert.
Dies dient dazu, lokal stark dotierte Emitterbereiche auszubilden.
Die weitere Dotierstoffquelle wird vorzugsweise ganzflächig auf eine Emitterseite des Solarzellensubstrats aufgebracht. Unter der Emitterseite ist dabei diejenige Seite des Solarzellensubstrats zu verstehen, auf welcher der Emitter sich über die größte Fläche erstreckt.
Bei derjenigen Variante, bei welcher die weitere Dotierstoffquelle mittelbar auf das Solarzellensubstrat aufgebracht wird, wird die weitere Dotierstoffquelle vorzugsweise auf die Glasschicht aufgebracht. Insbesondere kann sie unmittelbar auf die Glasschicht aufgebracht werden. Nach der Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der weiteren Dotierstoffquelle in das Solarzellensubstrat werden Reste der weiteren Dotierstoffquelle, die Glasschicht und etwaige bei dem lokalen Erhitzen des Solarzellensubstrats gebildete Oxide entfernt.
Bei derjenigen Variante, bei welcher die weitere Dotierstoffquelle unmittelbar auf das Solarzellensubstrat aufgebracht wird, wird zuvor die Glasschicht entfernt. Nach der Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der weiteren Dotierstoffquelle in das Solarzellensubstrat werden Reste der weiteren Dotierstoffquelle und etwaige bei dem lokalen Erhitzen des Solarzellensubstrats gebildete Oxide entfernt.
Bei beiden Varianten kann das Ausbilden der Glasschicht und die Eindiffusion von Dotierstoff aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein zum Zwecke der Ausbildung schwach dotierter Emitterbereiche unabhängig von der Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche erfolgen. So braucht die Glasschicht und deren Dotierstoffgehalt beispielsweise nicht dahingehend ausgelegt zu werden, das während des lokalen Erhitzens genügend Dotierstoff für die Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche zur Verfügung steht. Hierdurch ergeben sich vorteilhafte Freiheiten in der Verfahrensführung und für die Optimierung des selektiven Emitters.
Die weitere Dotierstoffquelle kann mittel chemischer Abscheidung aus der Dampfphase (CVD), vorzugsweise bei Atmosphärendruck (APCVD), aufgebracht werden.
Vorzugsweise wird als weitere Dotierstoffquelle eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit auf das Solarzellensubstrat aufgebracht. Besonders bevorzugt wird die dotierstoffhaltige Flüssigkeit auf das Solarzellensubstrat aufgesprüht. Alternativ kann sie beispielsweise mittels eines Tauchverfahrens aufgebracht werden.
Als dotierstoffhaltige Flüssigkeit kann beispielsweise Phosphorsäure aufgebracht werden. In der Praxis hat sich die Verwendung von ein- bis zwanzigprozentiger Phosphorsäure bewährt.
Die Glasschicht und/oder Reste der weiteren Dotierstoffquelle und/oder etwaige bei dem lokalen Erhitzen gebildete Oxide können durch Ätzen entfernt werden. Beispielsweise kann das Ätzen in einer an sich bekannten Phosphor- oder Borsilikatglasätzanlage erfolgen. Ferner kann das Ätzen der Glasschicht und/oder Reste der weiteren Dotierstoffquelle und/oder etwaiger gebildeter Oxide in Verbindung mit einer an sich bekannten chemischen Isolation von Kanten des Solarzellensubstrats erfolgen.
Sofern eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit als weitere Dotierstoffquelle verwendet wird, wird diese, beziehungsweise deren Reste, nach der Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der weiteren Dotierstoffquelle in das Solarzellensubstrat vorzugsweise durch Abspülen oder Abwaschen entfernt.
Die Glasschicht kann beispielsweise im Rahmen einer Röhrendiffusion ausgebildet werden, beispielsweise im Rahmen einer POCl₃-Diffusion.
Unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Herstellung einer Solarzelle des Weiteren durch die nachfolgend beschriebenen Weisen verbessert werden, die darauf abzielen, die Oberflächenkonzentration eines in die Emitterseite eines Solarzellensubstrats eindiffundierten Dotierstoffs zu verringern. Hierdurch soll die Bildung sogenannter „dead layers” verhindert werden, in welchen der Dotierstoff in einer derart hohen Konzentration vorliegt, dass elektrisch inaktiver Dotierstoff in relevantem Umfang vorliegt und als Rekombinationszentrum für generierte Elektron-Loch-Paare dienen kann. Zudem verschlechtert sich mit zunehmender Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs auf der Emitterseite des Solarzellensubstrats die elektrische Passivierungswirkung einer auf die emitterseitige Oberfläche des Solarzellensubstrats aufgebrachten Antireflexionsbeschichtung, beispielsweise einer Siliziumnitridschicht. Eine verringerte Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs auf der Emitterseite des Solarzellensubstrats kann eine reduzierte Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Ladungsträger bewirken. Eine geringere Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ermöglicht, ebenso wie eine geringere Anzahl an Rekombinationszentren für Elektron-Loch-Paare im Emitter der Solarzelle, eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Solarzelle.
Im Falle der Ausbildung des Emitters mittels einer POCl₃-Diffusion besteht eine erste Alternative zur Verfahrensverbesserung durch Reduktion der Phosphor-Oberflächenkonzentration darin, den Diffusionsvorgang mit einem hohen POCl₃-Fluss zu begingen und den POCl₃-Fluss im Weiteren fortwährend zu verringern.
Im Rahmen der POCl₃-Diffusion wird eine Phosphorglasschicht ausgebildet. Unter Verwendung eines Siliziumsolarzellensubrats laufen hierbei folgende Reaktionen ab: POCl₃ + O₂ → P₂O₅ + Cl₂ (1) P₂O₅ + Si → SiO2:P (2) Si + O₂ → SiO₂ (3)
Die Reaktion (2) verläuft schnell, während die Reaktion (3) vergleichsweise langsam abläuft. Aufgrund des anfänglich hohen POCl₃-Flusses wird daher zu Beginn des Emitterdiffusionsvorganges schnell gemäß Reaktionsgleichung (2) die Phosphorglasschicht ausgebildet. Die Phosphorglasbildung, das heißt die Reaktion (2), erfolgt dabei an der Grenzfläche zwischen dem massiven Silizium des eingesetzten Siliziumsolarzellensubstrats und der darauf bereits ausgebildeten Phosphorglasschicht. Die Phosphorglasschicht wächst also gleichsam von der Grenzfläche zu dem massiven Silizium des Siliziumsolarzellensubstrats an nach außen. Wird nun, wie dies die erste Alternative der Verfahrensverbesserung vorsieht, der POCl₃-Fluss fortwährend reduziert, so wird die Phosphorglasbildung verlangsamt. Da gemäß Reaktionsgleichung (1) bei einer POCl₃-Diffusion stets O₂ vorhanden ist und dessen Fluss unverändert bleibt, reagiert das Silizium des Siliziumsolarzellensubstrats nun vermehrt mit O₂ zu SiO₂. Infolgedessen wird ein Phosphorglas mit sehr geringem Phosphorgehalt oder gar eine phosphorfreie Siliziumoxidschicht ausgebildet.
Während des Emitterdiffusionsvorgangs wird nicht nur die Phosphorglasschicht ausgebildet, sondern auch Phosphor aus der Phosphorglasschicht in das Siliziumsolarzellensubstrat eindiffundiert, wo es den Emitter bildet. Während der Phosphor aus einer anfänglich gebildeten Phosphorglasteilschicht mit hohem Phosphorgehalt in vergleichsweise großer Menge in das Siliziumsolarzellensubstrat eindiffundieren kann, ist die Eindiffusion des Phosphors zu einem späteren Zeitpunkt durch eine zwischenzeitlich ausgebildete, phosphorarme Phosphorglasteilschicht, beziehungsweise durch eine gegebenenfalls gebildete Siliziumoxidschicht, gehemmt, sodass Phosphor nur noch in geringerer Menge die Grenzfläche zu dem Siliziumsolarzellensubstrat überwindet. Der zuvor in größeren Mengen eindiffundierte Phosphor ist zwischenzeitlich bereits tiefer in das Volumen des Siliziumsolarzellensubstrats eindiffundiert. Infolgedessen ergibt sich gegenüber einer konventionellen POCl₃-Diffusion eine verringerte Oberflächenkonzentration an Phosphor in dem Siliziumsolarzellensubstrat.
Vorzugsweise wird bei der beschriebenen ersten Alternative zur Verfahrensverbesserung eine Phosphorglasschicht mit einer Gesamtdicke von weniger als 200 nm ausgebildet, vorzugsweise mit einer Gesamtdicke von 40 nm oder weniger. Unterhalb einer Phosphorglasschichtgesamtdicke von 200 nm ist eine Begrenzung der Wachstumsgeschwindigkeit aufgrund bereits aufgewachsener Phosphorglasanteile noch unbedeutend, bei größeren Gesamtdicken der Phosphorglasschicht kann sie eine Rolle spielen.
Eine Weiterbildung der ersten Alternative zur Verfahrensverbesserung sieht vor, dass zusätzlich zu der kontinuierlichen Verringerung des POCl₃-Flusses der O₂-Fluss im Verlauf der Ausbildung der Phosphorglasschicht gesteigert wird, vorzugsweise fortwährend gesteigert wird. Hierdurch werden die bereits durch die fortwährende Verringerung des POCl₃-Flusses bewirkten und oben beschriebenen Effekte verstärkt, da durch den zusätzlich vorhandenen Sauerstoff die Reaktion (3) verstärkt wird. Die fortwährende Steigerung des O₂-Flusses erfolgt besonders bevorzugt parallel zur fortwährenden Verringerung des POCl₃-Flusses.
Bei einer zweiten Alternative zur Verfahrensverbesserung werden zu Beginn der POCl₃-Diffusion zunächst ein niedriger POCl₃-Fluss und ein hoher O₂-Fluss vorgesehen und der POCl₃-Fluss wird fortwährend gesteigert. Dies bewirkt, dass zunächst eine Siliziumoxidschicht, beziehungsweise eine Phosphorglasschicht mit sehr geringem Phosphorgehalt, an der Grenzfläche zu dem massiven Silizium des Siliziumsolarzellensubstrats ausgebildet wird. Es hat sich gezeigt, dass mittels dieser Siliziumoxidschicht, beziehungsweise Phosphorglasschicht mit geringem Phosphorgehalt, die Eindiffusion von Phosphor aus dem im weiteren Verlauf der POCl₃-Diffusion gebildeten Phosphorglas in das Siliziumsolarzellensubstrat hinein derart beeinflusst werden kann, dass sich ein Emitter ergibt, welcher gegenüber vergleichbaren, aus dem Stand der Technik bekannten Emittern eine verringerte Phosphor-Oberflächenkonzentration aufweist.
Bei einer Weiterbildung der zweiten Alternative zur Verfahrensverbesserung wird der O₂-Fluss im Verlauf der POCl₃-Diffusion verringert. Vorzugsweise erfolgt dies parallel zur Erhöhung des POCl₃-Flusses. Der beschriebene, durch die Steigerung des POCl₃-Flusses bewirkte Effekt kann hierdurch verstärkt werden.
Es hat sich gezeigt, dass mittels der beiden beschriebenen Alternativen zur Verfahrensverbesserung der Gehalt an elektrisch inaktivem Phosphor in dem Siliziumsolarzellensubstrat verringert und somit das Verhältnis von elektrisch aktivem zu elektrisch inaktivem Phosphor verbessert werden kann. Die oben beschriebene Rekombination generierter Elektron-Loch-Paare kann somit verringert werden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass bei einer geringen Phosphorzufuhr bereits vorhandene Phosphoratome Glitterplätze in dem Siliziumkristallgitter des Siliziumsolarzellensubstrats besetzen. Der Gehalt an elektrisch inaktivem Phosphor nimmt somit ab. Wird hingegen eine größere Menge an Phosphor zugeführt, so verbleibt ein Reservoir an elektrisch inaktivem Phosphor im Siliziumsolarzellensubstrat, beziehungsweise auf dessen Oberfläche. Durch eine geeignete Veränderung des POCl₃-Flusses während der POCl₃-Diffusion kann demzufolge die Konzentration an elektrisch inaktivem Phosphor sogar in gewissen Grenzen eingestellt werden. Dies ermöglicht es, den Gehalt an elektrisch inaktivem Phosphor an den jeweiligen Solarzellentyp anzupassen. Beispielsweise kann bei mit einer Siebdruckmetallisierung zu versehenden Solarzellensubstraten eine etwas höhere Konzentration an elektrisch inaktivem Phosphor vorgesehen werden als bei Solarzellensubstraten, die mittels einer direkten Platierung metallisiert werden.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass mittels der beschriebenen beiden Alternativen zur Verfahrensverbesserung im Vergleich zu konventionellen POCl₃-Diffusionen homogenere Emitter hergestellt werden können. Bei POCl₃-Diffusionen sind üblicherweise mehrere Siliziumsolarzellensubstrate nacheinander derart angeordnet, dass die Rückseite eines Siliziumsolarzellensubstrats der Vorderseite eines benachbarten Siliziumsolarzellensubstrats zugewandt ist. Dies hat zur Folge, dass in dem Diffusionsofen POCl₃ oder P₂O₅ vom Substratrand her nach innen zur Substratmitte strömen muss, um im Bereich der Substratmitte an der Eindiffusion von Dotierstoff mitwirken zu können. Infolgedessen ergibt sich bei derartigen Diffusionen ein erhöhter Schichtwiderstand in dem Bereich der Substratmitte, wohingegen in den Randbereichen des Siliziumsolarzellensubstrats geringere Emitterschichtwiderstandswerte vorliegen. Diese Unterschiede in den Emitterschichtwiderstandswerten können durch die beiden Alternativen zur Verfahrensverbesserung reduziert werden. In diesem Zusammenhang hat sich insbesondere eine gezielte Zuführung von zusätzlichem O₂ bewährt.
Es hat sich gezeigt, dass im Falle einer Erhöhung des O₂-Flusses die Reaktion zwischen Silizium und Sauerstoff umso schneller verläuft, je mehr Phosphor sich bereits im Solarzellensubstrat befindet.
Die beschriebenen Vorteile der beiden Alternativen zur Verfahrensverbesserung können erreicht werden, ohne dass hierfür ein zeitlicher Mehraufwand bei der Prozessführung erforderlich wäre, da die POCl₃- und O₂-Flüsse während des gewohnten Prozessverlaufs verändert werden können. Insbesondere kann also die Phosphor-Oberflächenkonzentration und/oder die elektrisch inaktive Phosphorkonzentration in Emittern aufwandsgünstig verringert werden. Würde man hingegen bei konventionellen POCl₃-Diffusionen einen Emitter mit vergleichbarem Emitterprofil ausbilden, ergäben sich Emitter mit einer schlechteren Homogenität oder die Phosphor-Oberflächenkonzentration ließe sich nicht verringern. Zudem ließe sich das Verhältnis von elektrisch inaktivem zu elektrisch aktivem Phosphor nicht verbessern.
Grundsätzlich sind die beiden beschriebenen Alternativen zur Verfahrensverbesserung nicht nur bei POCl₃-Diffusionen vorteilhaft einsetzbar, sondern auch in Verbindung mit BBr₃-Diffusionen.
Die beschriebenen beiden Alternativen zur Verfahrensverbesserung sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung der ersten und zweiten Teilschicht der Glasschicht verwendbar. Daneben sind beide Alternativen auch vorteilhaft bei der Herstellung homogener Emitter einsetzbar. Besonders bevorzugt wird die erste Alternative zur Verfahrensverbesserung bei einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter, insbesondere dem erfindungsgemäßen Verfahren, eingesetzt. Die zweite Alternative zur Verfahrensverbesserung hat sich als besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Solarzellen mit homogenen Emittern erwiesen.
Die im Rahmen der verschiedenen Weisen und Alternativen der Verfahrensverbesserung sowie in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale und Weiterbildungen können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebene Merkmale und Weiterbildungen mit den unabhängig von dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Weisen und Alternativen der Verfahrensverbesserung und deren Merkmalen und Weiterbildungen kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1 Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
2 Schematische Schnittdarstellungen durch ein das Verfahren nach 1 durchlaufendes Solarzellensubstrat zu verschiedenen Verfahrenszeitpunkten
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens illustrieren die Prinzipdarstellung der 1 sowie die schematischen Darstellungen der 2. Nach einem Texturieren 8 eines Siliziumsubstrats wird bei diesem Ausführungsbeispiel zunächst eine POCl₃-haltige Atmosphäre ausgebildet 10. Im Weiteren wird der POCl₃-haltigen Atmosphäre während eines ersten Zeitraums eine erste Menge an O2 beigemengt 12 und hierdurch eine erste Teilschicht einer im Verlauf des Verfahrens gemäß 1 hergestellten Phosphorglasschicht 55 ausgebildet. Diese erste Teilschicht 52 ist schematisch in 2a dargestellt, welche eine Schnittdarstellung durch ein das Verfahren gemäß 1 durchlaufendes Siliziumsubstrat 50 zu einem Zeitpunkt nach einer im Weiteren beschriebenen Beimengung 14 einer zweiten Menge an O₂ und vor einer Eindiffusion 16 von Dotierstoff zeigt.
Im weiteren Verfahrensverlauf wird der POCl₃-haltigen Atmosphäre, wie bereits erwähnt, eine zweite Menge O₂ beigemengt 14, welche geringer ist als die erste Menge an O₂. Auf diese Weise wird eine zweite Teilschicht 54 ausgebildet 14. Die erste Teilschicht 52 und die zweite Teilschicht 54 bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusammen die Phosphorglasschicht 55, welche im Verlauf des Verfahrens der 1 ausgebildet wird 15. Die Teilschichten 52, 54 werden somit in vorteilhafter Weise im Rahmen einer ohnehin durchgeführten POCl₃-Diffusion ausgebildet. Die Ausbildung 15 der Phosphorglasschicht 55 kann beispielsweise in einem Temperaturbereich von 700°C bis 900°C während eines Zeitraums von 10 bis 30 Minuten erfolgen.
Gemäß der Darstellung der 2a, ist das verwendete Siliziumsubstrat 50 an seiner Oberfläche emitterseitig mit einer Textur 56 versehen. Wie in 2a schematisch angedeutet ist, weist die diese Textur 56 bedeckende erste Teilschicht 52 einen deutlich geringeren Phosphorgehalt auf als die darüberliegende zweite Teilschicht 54. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem Ausbilden 14 der zweiten Teilglasschicht 54 die geringere zweite Menge an O₂ der POCl₃-haltigen Atmosphäre beigemengt wird 14, beim Ausbilden 12 der ersten Teilschicht 52 hingegen die größere erste Menge an O₂ beigemengt ist 12. Infolgedessen weist die näher an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 50 gelegene erste Teilschicht 52 eine niedrigere Dotierstoffkonzentration auf als die weiter von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 50 entfernt gelegene zweite Teilschicht 54 der Phosphorglasschicht 55.
Im weiteren Verfahrensverlauf wird Dotierstoff, vorliegend Phosphor, aus der Phosphorglasschicht 55 in das Siliziumsubstrat eindiffundiert 16 und in dieser Weise ein schwach dotierter Emitter 58 ausgebildet 16. Hieran schließt sich ein optionaler Verfahrensschritt des erneuten Ausbildens 20 einer POCl₃-haltigen Atmosphäre und des Aufbringens einer Zusatzglasschicht an.
Im Weiteren werden unter der Phosphorglasschicht 55 gelegene Bereiche des Siliziumsubstrats 50 lokal mittels Laserstrahlung erhitzt 18 ohne das Solarzellensubstrat dabei anzuschmelzen. Hierzu wird gepulste Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im ultravioletten Spektralbereich verwendet. Die Pulsdauern betragen weniger als 300 ns, vorzugsweise weniger als 100 ns. Die Laserstrahlung wird überlappfrei über die Oberfläche des Solarzellensubstrats geführt, ein mehrfaches Abrastern wird vermieden. Es wird ein Laser mit einem rechteckigen Flattop-Profil verwendet.
Im Weiteren kann sich ein optionaler Verfahrensschritt des Temperns 22 des Siliziumsubstrats 50 anschließen. Dieser ermöglicht die Aktivierung elektrisch inaktiven Phosphors in stark dotierten Emitterbereichen 60.
2b illustriert das Siliziumsubstrat 50 aus 2a nach dem lokalen Erhitzen 18 mittels Laserstrahlung. Der in Folge der Eindiffusion 16 von Dotierstoff ausgebildete schwach dotierte Emitter 58 ist mittels einer gestrichelten Linie und Ladungsträgersymbolen geringer Dichte schematisch angedeutet.
Die Phosphorglasschicht 55 wurde in der Darstellung der 2b zwischenzeitlich in an sich bekannter Weise entfernt, beispielsweise durch nasschemisches Ätzen. Zudem ist bereits eine Metallisierung 62 auf den stark dotierten Emitterbereichen ausgebildet worden. In den stark dotierten Bereichen 60 liegt in Nähe der Oberfläche des Siliziumsubstrats 50 eine sehr hohe Dotierstoffkonzentration, vorliegend eine sehr hohe Phosphorkonzentration, vor. In 2b illustrieren dies die gehäuften Landungsträgersymbole. Jedoch wurde bei dem lokalen Erhitzen mittels Laserstrahlung kaum zusätzlicher Dotierstoff tiefer in das Siliziumsubstrat 50 eingetrieben, sodass auch in stark dotierten Emitterbereichen 60 in größeren Tiefen das bei der Eindiffusion 16 von Dotierstoff aus der Phosphorglasschicht 55 gebildete Emitterprofil gleichsam unverändert ist. Somit ergibt sich in den stark dotierten Emitterbereichen 60 ein niedriger Kontakt-, beziehungsweise Kontaktübergangswiderstand, zwischen der Metallisierung 62 und dem Siliziumsubstrat 50, was sich positiv auf den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle auswirkt. Gleichzeitig wird eine Verschlechterung des Wirkungsgrades aufgrund von Beeinträchtigungen des Emitterprofils in tiefer liegenden Regionen der stark dotierten Emitterbereiche 60 vermieden. An den Seitenflächen oder der in 2b nach unten orientierten Rückseite des Solarzellensubstrats angeordnete Bestandteile des schwachen Emitters können im weiteren Verlauf eines Solarzellenherstellungsprozesses in an sich bekannter Weise entfernt werden, beispielsweise mittels Plasmaätzen.
Bezugszeichenliste

8: Texturieren Siliziumsubstrat
10: Ausbilden POCl₃-haltige Atmosphäre
12: Beimengung erste Menge an O₂ und Ausbilden erste Teilschicht
14: Beimengung zweite, geringere Menge an O₂ und Ausbilden zweite Teilschicht
15: Ausbilden Phosphorglasschicht
16: Eindiffusion Dotierstoff aus Phosphorglasschicht und Ausbilden eines schwach dotierten Emitters
18: Lokales Erhitzen mittels Laserstrahlung ohne Solarzellensubstrat anzuschmelzen
20: Erneutes Ausbilden POCl₃-haltige Atmosphäre und Aufbringen Zusatzglasschicht
22: Tempern Siliziumsubstrat zur Aktivierung inaktiven Phosphors in stark dotierten Emitterbereichen
50: Siliziumsubstrat
52: Erste Teilschicht
54: Zweite Teilschicht
55: Phosphorglasschicht
56: Textur
58: Schwach dotierter Emitter
60: Stark dotierter Emitterbereich
62: Metallisierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010010813 [0025]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter aufweisend folgende Schritte: – Ausbilden (10, 12, 14) einer Dotierstoff enthaltenden Glasschicht (55) auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (50); – Ausbilden (16) eines schwach dotierten Emitters (58) in von der Glasschicht (55) bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) durch Eindiffusion (16) von Dotierstoff aus der Glasschicht (55) in das Solarzellensubstrat (50) hinein; – lokale Eindiffusion (18) zusätzlichen Dotierstoffs aus der Glasschicht (55) in das Solarzellensubstrat (50) hinein durch lokales Erhitzen (18) von unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats (50) zum Zwecke der lokalen Ausbildung (18) stark dotierter Emitterbereiche (60); dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff enthaltende Glasschicht (55) solch eine Glasschicht (55) auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) ausgebildet wird (10, 12, 14), die in einer näher an der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) gelegenen ersten Teilschicht (52) der Glasschicht (55) eine niedrigere Dotierstoffkonzentration aufweist als in einer weiter von der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) entfernt gelegenen zweiten Teilschicht (54) der Glasschicht (55).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff enthaltende Glasschicht (55) eine Glasschicht (55) ausgebildet wird, die in der zweiten Teilschicht (54) eine mindestens doppelt so hohe Dotierstoffkonzentration aufweist wie in der ersten Teilschicht (52).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) vor dem Ausbilden (10, 12, 14) der Glasschicht (55) mit einer Textur (56) versehen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im Verlauf einer POCl₃-Diffusion (10, 12, 14, 16) als Glasschicht (55) eine Phosphorglasschicht (55) ausgebildet wird; – einer im Verlauf der POCl₃-Diffusion (10, 12, 14, 16) gebildeten POCl₃-haltigen Atmosphäre während eines ersten Zeitraums zum Zwecke des Ausbildens (12) der ersten Teilschicht (52) eine erste Menge an O₂ beigemengt wird (12); und – der im Verlauf der POCl₃-Diffusion (10, 12, 14, 16) gebildeten POCl₃-haltigen Atmosphäre während eines späteren zweiten Zeitraums zum Zwecke des Ausbildens (14) der zweiten Teilschicht (54) eine zweite Menge an O₂ beigemengt wird (14), welche geringer ist als die erste Menge an O₂.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lokal eindiffundierte zusätzliche Dotierstoff bis zu einer maximalen Tiefe von 30 nm in das Solarzellensubstrat eingetrieben wird, vorzugsweise bis zu einer maximalen Tiefe von 20 nm und besonders bevorzugt bis zu einer maximalen Tiefe von 10 nm.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem lokalen Eindiffundieren (18) solch eine Menge elektrisch inaktiven Dotierstoffs in das Solarzellensubstrat (50) eindiffundiert wird, dass in den stark dotierten Emitterbereichen (60) elektrisch inaktiver Dotierstoff in einer Konzentration von mindestens 10²⁰ cm^–3 vorliegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Erhitzen (18) von unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats (50) mittels gepulster Laserstrahlung mit einer Pulslänge von weniger als 300 ns, vorzugsweise von weniger als 100 ns, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereiche des Solarzellensubstrats (50) lokal mittels Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 532 nm oder weniger erhitzt werden (18), vorzugsweise mittels blauer oder ultravioletter Laserstrahlung.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausbilden (16) des schwach dotierten Emitters (58) und vor der lokalen Eindiffusion (18) des zusätzlichen Dotierstoffs eine in der Glasschicht (55) vorherrschende mittlere Dotierstoffkonzentration erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der in der Glasschicht (55) vorherrschenden mittleren Dotierstoffkonzentration weiterer Dotierstoff in die bestehende Glasschicht eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der in der Glasschicht (55) vorherrschenden mittleren Dotierstoffkonzentration eine Zusatzglasschicht, die eine die mittlere Dotierstoffkonzentration der Glasschicht übersteigende Dotierstoffkonzentration aufweist, auf die bestehende Glasschicht (55) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem das Ausbilden (16) des schwach dotierten Emitters (58) und die lokale Eindiffusion (18) des zusätzlichen Dotierstoffs erfolgt ist und noch vor einem Aufbringen einer Metallisierung (62) auf die stark dotierten Emitterbereiche (60), das Solarzellensubstrat (50) getempert und hierbei in den stark dotierten Emitterbereichen (60) vorliegender, elektrisch inaktiver Phosphor aktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem lokalen Erhitzen (18) von unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats (50) ein Oberflächenanteil des Solarzellensubstrats (50) angeschmolzen und rekristallisiert wird, der weniger als 10%, vorzugsweise von weniger als 5%, der Gesamtoberfläche aller lokal erhitzten Bereiche beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter aufweisend folgende Schritte: – Ausbilden einer Dotierstoff enthaltenden Glasschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats; – Ausbilden eines schwach dotierten Emitters in von der Glasschicht bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats durch Eindiffusion von Dotierstoff aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein; – lokale Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der Glasschicht (50) in das Solarzellensubstrat hinein durch lokales Erhitzen von unter der Glasschicht gelegenen Bereichen des Solarzellensubstrats zum Zwecke der lokalen Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise während der mit dem Ausbilden des schwach dotierten Emitters verbundenen Eindiffusion von Dotierstoff aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein eine Siliziumoxidschicht unmittelbar auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet wird, wobei die Siliziumoxidschicht derart ausgebildet wird, dass sie die Eindiffusion aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein behindert.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellensubstrat zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, in einer Schutzgasatmosphäre angeordnet wird und die unter der Glasschicht (55) gelegenen Bereiche des Solarzellensubstrats (50) lokal mittels Laserstrahlung erhitzt werden (18), während sich das Solarzellensubstrat zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, in der Schutzgasatmosphäre befindet.