DE102011002280A1

DE102011002280A1 - Solarzellen und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle

Info

Publication number: DE102011002280A1
Application number: DE102011002280A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bitnar
Original assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Current assignee: SolarWorld Innovations GmbH
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-10-31

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle (300, 600) bereitgestellt, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (102, 602); eine erste elektrisch isolierende Schicht (104, 604) auf dem Halbleitersubstrat (102, 602), eine zweite elektrisch isolierende Schicht (106, 606) auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604); Öffnungen (202, 608) in der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604) und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht (106, 606), wobei das Halbleitersubstrat (102, 602) in dem Bereich der Öffnungen (202, 608) eine erhöhte Konzentration elektrischer Ladungsträger aufweist; und eine metallisch leitfähige Struktur (302) in den Öffnungen (202, 608) der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604) und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht (106, 606).

Description

Die Erfindung betrifft Solarzellen und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.
Bei einer so genannten Inversionsschicht(Inversion Layer, IL)-Solarzelle wird der Emitter der Solarzelle üblicherweise von einer Inversionsschicht an der Grenzfläche Silizium-Passivierungsschicht gebildet. Die Inversionsschicht wird durch fest eingebaute elektrische Ladungen (auch bezeichnet als Ladungsträger) in der Passivierungsschicht erzeugt. Beispielsweise kann hierzu eine PECVD (Plasma enhanced chemical vapour deposition; Plasma-angereichertes chemisches Abscheideverfahren aus der Gasphase) abgeschiedene Siliziumnitrid-Schicht verwendet werden, die eine hohe Dichte an positiven elektrischen Ladungen enthält, die an der Grenzfläche zu einem p-Silizium eine Inversionsschicht erzeugen. Diese sehr dünne Inversionsschicht dient als Emitter. Vorgesehen ist weiterhin eine sehr gute Oberflächenpassivierung des Siliziums, die durch eine wenige nm dicke Oxidschicht, angeordnet zwischen dem Silizium und der Siliziumnitrid-Schicht, erreicht wird. Die Inversionsschicht ist mit einer Dicke von wenigen nm extrem dünn ausgebildet und die Ladungsträgerdichte ist viel niedriger als bei herkömmlichen diffundierten Emittern. Der typische Schichtwiderstand einer solchen Inversionsschicht liegt bei einigen 1000 Ω/sq. Dadurch lässt sich die Rekombination stark vermindern und eine Inversionsschicht-Solarzelle erreicht einen hohen Wirkungsgrad mit einer sehr hohen offenen Klemmenspannung im Labor. Zur Kontaktierung ist üblicherweise der Emitter unter den Metallkontakt geführt und die Bildung eines Shunts zum p-Si wird typischerweise verhindert. Dies lässt sich beispielsweise durch einen Metall-Isolator-Halbleiter (Metall-Isolator-Semiconductor, MIS)-Kontakt unter Ausnutzung der dünnen Oxidschicht als Tunneloxid oder einen selektiven Emitter erreichen. Bei dem IL-Solarzellenkonzept wirkt sich die sehr niedrige Ladungsträgerdichte in dem Inversionsemitter und dessen schlechte Querleitfähigkeit jedoch nachteilig auf die Kontaktierbarkeit aus. Die Metallkontakte sollten daher sehr dicht beieinander liegen und zur Reduktion der Abschattung entsprechend schmal sein.
Dies führt zu einer schwierigen Kontaktierung einer solchen Solarzelle.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, aufweisend: ein Halbleitersubstrat; eine erste elektrisch isolierende Schicht auf dem Halbleitersubstrat, eine zweite elektrisch isolierende Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht; Öffnungen in der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht, wobei das Halbleitersubstrat in dem Bereich der Öffnungen eine erhöhte Konzentration elektrischer Ladungsträger aufweist; und eine metallisch leitfähige Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht. Das Halbleitersubstrat Dotierstoff eines ersten Leitungstyps, beispielsweise p-Typ, aufweisen und das Halbleitersubstrat kann an der Grenzfläche zur ersten elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps, beispielsweise Elektronen, aufweisen. Die zweite elektrisch isolierende Schicht kann Ladungen des ersten Leitungstyps, beispielsweise positive Ladungen, aufweisen und das Halbleitersubstrat kann in dem Bereich der Öffnungen eine erhöhte Konzentration von Dotierstoff des zweiten Leitungstyps, beispielsweise n-Typ, aufweisen.
In einer ersten Ausgestaltung kann der erste Leitungstyp ein p-Leitungstyp sein und der zweite Leitungstyp kann ein n-Leitungstyp sein. Alternativ kann der erste Leitungstyp ein n-Leitungstyp sein und der zweite Leitungstyp kann ein p-Leitungstyp sein.
In noch einer Ausgestaltung können die Öffnungen eine Breite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 40 μm.
In noch einer Ausgestaltung kann die Solarzelle eingerichtet sein als Heteroübergang-Solarzelle.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste elektrisch isolierende Schicht Oxid oder amorphes Silizium aufweisen oder daraus bestehen und die zweite elektrisch isolierende Schicht kann Nitrid oder Oxid aufweisen oder daraus bestehen.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste elektrisch isolierende Schicht Siliziumoxid aufweisen oder daraus bestehen; und/oder die zweite elektrisch isolierende Schicht kann Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aufweisen oder daraus bestehen.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste elektrisch isolierende Schicht eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 2 nm bis ungefähr 5 nm.
In noch einer Ausgestaltung kann die zweite elektrisch isolierende Schicht Siliziumnitrid aufweisen oder daraus bestehen; und die zweite elektrisch isolierende Schicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 100 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 80 nm.
In noch einer Ausgestaltung kann die zweite elektrisch isolierende Schicht Siliziumoxid aufweisen oder daraus bestehen; und die zweite elektrisch isolierende Schicht kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 75 nm bis ungefähr 125 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 90 nm bis ungefähr 110 nm.
In noch einer Ausgestaltung kann die Inversionsschicht einen Schichtwiderstand aufweisen in einem Bereich von ungefähr 500 Ω/sq bis ungefähr 5000 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 750 Ω/sq bis ungefähr 2500 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1000 Ω/sq bis ungefähr 1500 Ω/sq.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle bereitgestellt, aufweisend: ein Halbleitersubstrat; mindestens eine elektrisch isolierende Schicht auf dem Halbleitersubstrat, Öffnungen in der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht, wobei das Halbleitersubstrat in dem Bereich der Öffnungen eine erhöhte Konzentration elektrischer Ladungsträger aufweist; und eine metallisch leitfähige Struktur in den Öffnungen der mindestens einen elektrischen isolierenden Schicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Solarmodul bereitgestellt mit einer Vielzahl von Solarzellen, wie sie oben beschrieben worden sind oder noch im Folgenden näher beschrieben werden, wobei zumindest ein Teil benachbarter Solarzellen mittels Solarzellenverbindern miteinander elektrisch verbunden sind.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen: Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat; Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht; Bilden von Öffnungen in der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird; Dotieren der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration elektrischer Ladungsträger in den freigelegten Bereichen erhöht ist; und Bilden einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht. Das Halbleitersubstrat kann Dotierstoff eines ersten Leitungstyps, beispielsweise p-Typ, aufweisen und das Halbleitersubstrat kann an der Grenzfläche zur ersten elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps, beispielsweise Elektronen, aufweisen. Die zweite elektrisch isolierende Schicht kann Ladungen des ersten Leitungstyps, beispielsweise positive Ladungen, aufweisen und das Halbleitersubstrat kann in dem Bereich der Öffnungen eine erhöhte Konzentration von Dotierstoff des zweiten Leitungstyps, beispielsweise n-Typ, aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bilden einer elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps dotiert ist; wobei an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats zur elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps gebildet wird; wobei die elektrisch isolierende Schicht Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; ein Bilden von Öffnungen in der elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird; ein Dotieren der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration an Dotierstoff in den freigelegten Bereichen gegenüber der Dotierung des Halbleitersubstrats erhöht ist; und ein Bilden einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bereitgestellt. Das Verfahren kann aufweisen ein Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps dotiert ist; wobei an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats zur ersten elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps gebildet wird; wobei die erste elektrisch isolierende Schicht Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; Bilden einer zweiten elektrisch isolierende Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht; ein Bilden von Öffnungen in der ersten und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird; ein Dotieren der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration an Dotierstoff in den freigelegten Bereichen gegenüber der Dotierung des Halbleitersubstrats erhöht ist; und ein Bilden einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht.
In einer ersten Ausgestaltung kann der erste Leitungstyp ein p-Leitungstyp sein und der zweite Leitungstyp kann ein n-Leitungstyp sein. Alternativ kann der erste Leitungstyp ein n-Leitungstyp sein und der zweite Leitungstyp kann ein p-Leitungstyp sein.
In noch einer Ausgestaltung kann der Teil des Halbleitersubstrates mit erhöhter Konzentration elektrischer Ladungsträger eine Struktur eines selektiven Emitters bilden, wobei ein Teil der Struktur eines selektiven Emitters gebildet werden kann mit einer Breite in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 40.
In noch einer Ausgestaltung kann das Dotieren erfolgen mittels eines Flüssigkeitsstrahls, der den Dotierstoff enthält.
In noch einer Ausgestaltung kann der Flüssigkeitsstrahl eine Säure aufweisen, die den Dotierstoff enthält.
In noch einer Ausgestaltung kann die Säure Phosphorsäure enthalten.
In noch einer Ausgestaltung kann der Dotierstoff ein Element der V. Hauptgruppe des Periodensystems aufweisen, beispielsweise Phosphor.
In noch einer Ausgestaltung kann die Säure Borsäure enthalten.
In noch einer Ausgestaltung kann der Teil der elektrisch isolierenden Schicht mittels eines Lasers entfernt werden.
In noch einer Ausgestaltung kann der Teil der elektrisch isolierenden Schicht mittels eines Lasers entfernt werden, wobei der Laser in den Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die elektrisch leitfähige Struktur gebildet werden mittels Galvanisierens eines Metalls auf dem freigelegten Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats in dem Bereich, in dem der Teil der elektrisch isolierenden Schicht entfernt worden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem ersten Zeitpunkt ihrer Herstellung;
2 eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem zweiten Zeitpunkt ihrer Herstellung;
3 eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem dritten Zeitpunkt ihrer Herstellung;
4 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der Solarzellenparameter einer Inversionsschicht-Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen von der Temperatur dargestellt ist;
5 ein Diagramm, in dem die Abhängigkeit der Solarzellenparameter einer Inversionsschicht-Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen von der Bestrahlungsstärke dargestellt ist;
6 eine Querschnittansicht einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zu einem Zeitpunkt ihrer Herstellung; und
7 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einer Solarzelle eine Einrichtung verstanden, die Strahlungsenergie von überwiegend sichtbarem Licht (beispielsweise zumindest ein Teil des Lichts im sichtbaren Wellenlängenbereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 1150 nm; es ist anzumerken, dass zusätzlich auch Ultraviolett(UV)-Strahlung und/oder Infrarot(IR)-Strahlung umgewandelt werden kann), beispielsweise von Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umwandelt mittels des so genannten photovoltaischen Effekts.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird unter einem Solarmodul eine elektrisch anschlussfähige Einrichtung verstanden mit mehreren Solarzellen (die miteinander in Serie und/oder parallel verschaltet sind), und optional mit einem Witterungsschutz (beispielsweise Glas), einer Einbettung und einer Rahmung.
1 zeigt eine Querschnittansicht einer Solarzelle 100 zu einem ersten Zeitpunkt ihrer Herstellung.
Die Solarzelle 100 weist ein Halbleitersubstrat 102 auf. Das Halbleitersubstrat 102 kann aufweisen oder bestehen aus mindestens einer Photovoltaikschicht. Alternativ kann mindestens eine Photovoltaikschicht auf oder über dem Substrat angeordnet sein. Die Photovoltaikschicht kann aufweisen oder bestehen aus Halbleitermaterial (wie beispielsweise Silizium), einem Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise einem III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise GaAs), einem II-VI-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise CdTe), einem I-III-V-Verbundhalbleitermaterial (wie beispielsweise Kupfer-Indium-Disulfid)). Als eine weitere Alternative kann die Photovoltaikschicht organisches Material aufweisen oder daraus bestehen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Silizium aufweisen oder bestehen aus einkristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, amorphem Silizium, und/oder mikrokristallinem Silizium. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Photovoltaikschicht aufweisen oder bestehen aus einer Halbleiter-Übergangsstruktur wie beispielsweise einer pn-Übergangsstruktur, einer pin-Übergangsstruktur, einer Schottky-artigen Übergangsstruktur, und dergleichen. Das Halbleitersubstrat 102 und/oder die Photovoltaikschicht können/kann mit einer Grunddotierung eines ersten Leitungstyps versehen werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Grunddotierung in dem Solarzellen-Halbleitersubstrat 102 eine Dotierkonzentration (beispielsweise einer Dotierung des ersten Leitungstyps, beispielsweise einer Dotierung mit Bor (B))) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10¹³ cm^–3 bis 10¹⁸ cm^–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10¹⁴ cm^–3 bis 10¹⁷ cm^–3, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10¹⁵ cm^–3 bis 2·10¹⁶ cm^–3. Somit kann in dem Solarzellen-Halbleitersubstrat 102 ein Basisbereich gebildet sein, beispielsweise dotiert mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps, beispielsweise mit Dotierstoff vom p-Leitungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der III. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Bor (B). In diesem Fall handelt es sich anschaulich um eine p-Solarzelle.
Alternativ kann in dem Solarzellen-Halbleitersubstrat 102 ein Basisbereich gebildet sein, beispielsweise dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps (der von dem ersten Leitungstyp verschieden ist), beispielsweise mit Dotierstoff vom n-Leitungstyp, beispielsweise mit Dotierstoff der V. Hauptgruppe des Periodensystems, beispielsweise mit Phosphor (P). In diesem Fall handelt es sich anschaulich um eine n-Solarzelle.
Das Solarzellen-Halbleitersubstrat 102 kann aus einem Solarzellen-Wafer hergestellt werden und kann beispielsweise eine runde Form wie beispielsweise eine Kreisform oder eine Ellipsenform aufweisen oder eine Polygonform wie beispielsweise eine quadratische Form. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Solarzellen des Solarmoduls jedoch auch eine nicht-quadratische Form aufweisen. In diesen Fällen können die Solarzellen des Solarmoduls beispielsweise durch Trennen (beispielsweise Schneiden) und damit Teilen einer oder mehreren (in ihrer Form auch als Standard-Solarzelle bezeichneten) Solarzelle(n) zu mehreren nicht-quadratischen oder quadratischen Solarzellen gebildet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es in diesen Fällen vorgesehen sein, Anpassungen der Kontaktstrukturen in der Standard-Solarzelle vorzunehmen, beispielsweise können Rückseitenquerstrukturen zusätzlich vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle 100 die folgenden Dimensionen aufweisen: eine Breite in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 50 cm, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 300 μm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Vorderseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats 102 texturiert werden und mittels eines Reinigungsschrittes können Verunreinigungen (beispielsweise erzeugt während eines Sägeprozesses des Halbleiterwafers) von der Vorderseiten-Oberfläche des Halbleitersubstrats 102 entfernt werden.
Auf dem Halbleitersubstrat 102 kann eine erste elektrisch isolierende Schicht 104 aufgebracht sein oder werden, beispielsweise mittels eines Oxidationsprozesses oder mittels eines Aufwachsprozesses. Die erste elektrisch isolierende Schicht 104 kann Oxid (beispielsweise Siliziumoxid) oder amorphes Silizium aufweisen oder daraus bestehen. Die erste elektrisch isolierende Schicht 104 kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 2 nm bis ungefähr 5 nm. Die erste elektrisch isolierende Schicht 104 kann als Passivierungsschicht wirken und kann beispielsweise auch als ein Tunneloxid ausgebildet sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Siliziumoxid der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 ein thermisches Oxid (gebildet mittels einer thermischen Oxidation) oder ein CVD-Oxid (gebildet mittels eines Abscheideverfahrens aus der Gasphase) sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine zweite elektrisch isolierende Schicht 106 auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 aufgebracht sein oder werden (beispielsweise mittels Sputterns oder mittels eines CVD-Verfahrens (Abscheideverfahren aus der Gasphase), beispielsweise mittels eines Atomlagenepitaxieverfahrens (ALD)). Die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 kann Nitrid (beispielsweise Siliziumnitrid) oder Oxid (beispielsweise Siliziumoxid) aufweisen oder daraus bestehen. Die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 kann eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 125 nm. Beispielsweise für den Fall, dass die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 Siliziumnitrid aufweist oder aus Siliziumnitrid besteht, kann die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 50 nm bis ungefähr 100 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 70 nm bis ungefähr 80 nm. Beispielsweise für den Fall, dass die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 Siliziumoxid aufweist oder aus Siliziumoxid besteht, kann die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 eine Schichtdicke aufweisen in einem Bereich von ungefähr 75 nm bis ungefähr 125 nm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 90 nm bis ungefähr 110 nm. Die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 kann als eine Lambda/4-Schicht ausgebildet sein. In verschiedenen Ausführungsbeispielen dient die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 anschaulich als eine Antireflexschicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Solarzelle 100 eingerichtet sein als eine Inversionsschicht-Solarzelle 100. In diesem Fall kann das Halbleitersubstrat 102 an der Grenzfläche zur ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 eine Inversionsschicht 108 mit Ladungsträgern des zweiten Leitungstyps aufweisen (bei einer p-Solarzelle also beispielsweise Elektronen und bei einer n-Solarzelle Löcher). In diesem Fall kann die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 Ladungsträger des ersten Leitungstyps aufweisen. Beispielsweise können in der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 106 elektrische Ladungsträger des ersten Leitungstyps (bei einer p-Solarzelle 100 beispielsweise positiven Ladungen oder positive Ladungsträger, bei einer n-Solarzelle 100 beispielsweise negative Ladungen oder negative Ladungsträger) vorgesehen sein (anschaulich „eingebaut” sein), beispielsweise mit einer Ladungsträgerkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹¹ cm^–3 bis ungefähr 10¹⁴ cm^–3, beispielsweise mit einer Ladungsträgerkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹² cm^–3 bis ungefähr 10¹³ cm^–3. Die elektrischen Ladungsträger können sich automatisch durch die Stöchiometrie der abgeschiedenen Schicht bilden oder mittels einer Ladungsträger-Implantation eingebracht werden, alternativ mittels eines Eintauchens („Dips”) der Solarzelle 100 in eine Cäsium-enthaltende Flüssigkeit. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Inversionsschicht 108 einen Schichtwiderstand aufweisen in einem Bereich von ungefähr 500 Ω/sq bis ungefähr 5000 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 750 Ω/sq bis ungefähr 2500 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 1000 Ω/sq bis ungefähr 1500 Ω/sq.
Aufgrund der eingebauten Ladungsträger kann an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 102 (beispielsweise aus Silizium) und der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 (beispielsweise aus einem Oxid, beispielsweise Siliziumoxid oder Aluminiumoxid) die Inversionsschicht 108 gebildet werden, die den Emitter der Solarzelle 100 bildet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in alternativen Ausführungsbeispielen auch mehr als zwei elektrisch isolierende Schichten (also ein Schichtenstapel mit einer Vielzahl elektrisch isolierender Schichten) vorgesehen sein können als die erste elektrisch isolierende Schicht 104 und die zweite elektrisch isolierende Schicht 106.
2 zeigt eine Querschnittansicht einer Solarzelle 200 zu einem zweiten Zeitpunkt ihrer Herstellung.
Wie in 2 dargestellt werden in verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels eines Laser-unterstützten chemischen Prozesses (engl.: Laser chemical processing, LCP) Öffnungen 202 (beispielsweise Löcher 202 oder Gräben 202) durch die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 und auch durch die erste elektrisch isolierende Schicht 104 hindurch gebildet, so dass Oberflächenbereiche 204 des Halbleitersubstrats 102 freigelegt werden. Die Öffnungen 202 werden gemäß einem so genannten LCP-Prozess gebildet, indem in einen Flüssigkeitsstrahl 206 ein Laserstrahl 214, beispielsweise erzeugt von einem Laser 216, eingekoppelt wird und damit Material der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 106 und darunter Material der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 entfernt wird. Der Flüssigkeitsstrahl 206 kann mit Hochdruck, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 50 bar bis ungefähr 500 bar, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 bar bis ungefähr 200 bar, erfolgen. Der Flüssigkeitsstrahl 206 kann Dotierstoff enthalten, der verwendet wird zum Dotieren des freigelegten Bereichs des Halbleitersubstrats 102, beispielsweise Phosphor (P) (beispielsweise in Form von Phosphorsäure) zum Bilden eines selektiven n-Emitters 208, oder Bor (B) (beispielsweise in Form von Borsäure) zum Bilden eines selektiven p-Emitters 208. Somit kann das Halbleitersubstrat 102 in dem Bereich der Öffnungen 202 eine erhöhte Konzentration von Dotierstoff (allgemein elektrischer Ladungsträger) des zweiten Leitungstyps aufweisen. Die Bereiche erhöhter Konzentration von Dotierstoff bilden einen selektiven Emitter 208.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Öffnungen 202 eine Breite (symbolisiert in 2 mittels eines Doppelpfeils 210) aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 40 μm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Laser 216 vorgesehen sein, der einen Laserstrahl 214 bereitstellt mit einer Wellenlänge von mindestens ungefähr 532 nm (grüner Laser) oder mehr, beispielsweise bis zu einer Wellenlänge von ungefähr 1.064 nm.
Anschaulich werden somit mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 206 (beispielsweise Phosphorsäurestrahl 206 oder Borsäurestrahl 206) mit eingekoppeltem Laserstrahl die zweite elektrisch isolierende Schicht 106 und auch die erste elektrisch isolierende Schicht 104 geöffnet und in dem freigelegten Oberflächenbereich 204 des Halbleitersubstrats 102 wird mittels des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 206 ein selektiver Emitter dotiert, beispielsweise diffundiert. Der Flüssigkeitsstrahl 206 wird von einer oder mehreren Düsen 218 emittiert, wobei die Düse(n) 218 eine Düsenöffnung aufweist/aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 40 μm. Entsprechend können die gebildeten selektiven Emitter 208 eine (Finger-)Breite aufweisen in einer der Düsenbreite entsprechenden Breite, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 μm bis ungefähr 40 μm.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Öffnungen 202 in einem lateralen Abstand (beispielsweise Mitte-zu-Mitte-Abstand) (symbolisiert in 2 mittels eines weiteren Doppelpfeils 212) voneinander angeordnet sein in einem Abstand von ungefähr maximal ungefähr 2 mm, beispielsweise in einem Abstand von ungefähr maximal ungefähr 1 mm, beispielsweise in einem Abstand von ungefähr maximal ungefähr 500 μm, beispielsweise in einem Abstand von ungefähr maximal ungefähr 200 μm, beispielsweise in einem Abstand in einem Bereich von ungefähr 500 μm bis ungefähr 800 μm.
Beispielsweise können somit auf einer Solarzelle 100, 200 bis zu ungefähr 500 selektive-Emitter-Finger angeordnet sein, beispielsweise mindestens ungefähr 100 selektive-Emitter-Finger, beispielsweise ungefähr 200 bis ungefähr 300 selektive-Emitter-Finger.
Die selektiven Emitter 208 können hoch dotiert sein oder werden mit Dotierstoff zum Dotieren mit dem zweiten Leitungstyp mit einer Oberflächen-Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁸ cm^–3 bis ungefähr 10²² cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10¹⁹ cm^–3 bis ungefähr 10²² cm^–3, beispielsweise mit einer Dotierkonzentration in einem Bereich von ungefähr 10²⁰ cm^–3 bis ungefähr 2·10²¹ cm^–3. Der Schichtwiderstand in den hochdotierten Bereichen (d. h. den selektiven Emittern 208) mit dem zweiten Leitungstyp liegt in einem Bereich von ungefähr 10 Ω/sq bis ungefähr 80 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 Ω/sq bis ungefähr 60 Ω/sq, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 35 Ω/sq bis ungefähr 40 Ω/sq.
3 zeigt eine Querschnittansicht einer Solarzelle 300 zu einem dritten Zeitpunkt ihrer Herstellung.
Wie in 3 gezeigt wird auf der freiliegenden Oberfläche der selektiven Emitter 208 (und in körperlichem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche der selektiven Emitter 208) eine metallisch leitfähige Struktur 302 in den Öffnungen 202 der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 106 gebildet, beispielsweise mittels eines Galvanisierungsprozesses. Anschaulich wird somit die metallisch leitfähige Struktur 302 aufgebracht auf einen Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 102, der frei ist von Material der ersten elektrisch isolierenden Schicht 104 und auch frei ist von Material der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 106.
Der Galvanisierungsprozess kann ein lichtinduzierter Galvanisierungsprozess sein. Das Material der metallisch leitfähige Struktur 302 kann beispielsweise Nickel und/oder Kupfer aufweisen oder daraus bestehen, alternativ aus jedem anderen geeigneten Metall oder jeder anderen geeigneten Metalllegierung. Die metallisch leitfähige Struktur 302 kann ein Galvanikkontakt sein, beispielsweise gebildet von einer Nickelschicht (beispielsweise einer Schichtdicke von ungefähr 1 μm) und einer darauf angeordneten Kupferschicht (beispielsweise einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 3 μm bis 10 μm) plus einer Lötschicht (beispielsweise aufweisend Nickel (Ni), Zinn (Sn), und/oder Silber (Ag); oder eine Legierung aus Nickel und Silber, oder pures Nickel).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die metallisch leitfähige Struktur 302 gebildet werden oder sein mittels gedruckter Kontakte (beispielsweise Extrusionsdruckkontakte) mit einer Schichtdicke in einem Bereich von ungefähr 20 μm bis ungefähr 50 μm, beispielsweise aufweisend oder bestehend aus Silber.
Die metallisch leitfähige Struktur 302 kann in Form einer Vielzahl von metallisch leitfähigen Fingerstrukturen gebildet werden oder in Form einer Vielzahl von metallisch leitfähigen Kontaktpads.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Solarzelle mit Inversionsschicht-Emitter und LCP-selektivem Emitter bereitgestellt.
Ferner beschreiben verschiedene Ausführungsbeispiele die Nutzung der so genannten Laser Chemical Processing(LCP)-Technologie zur Kontaktierung einer Inversionsschicht(IL)-Solarzelle.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird der selektive Emitter einer IL-Solarzelle mittels LCP gebildet und die Metallisierung erfolgt beispielsweise mittels Galvanik. Dies kann den Vorteil haben, dass sich schmale Finger mit typischen Fingerbreiten in einem Bereich von ungefähr 50 μm und weniger erzielen lassen. Dadurch kann ein genügend kleiner Fingerabstand erreicht werden, so dass die relativ schlechte Querleitfähigkeit des Emitters in verschiedenen Ausführungsbeispielen keine Limitierung darstellt. Der LCP-Prozess wird nach beispielsweise der Siliziumnitrid-Abscheidung prozessiert, so dass das Siliziumnitrid gleichzeitig als Galvanikmaske geöffnet werden kann.
Die Prozesssequenz kann bei Verwendung von LCP einfacher gestaltet werden als bei der Prozessierung eines selektiven Emitters mittels Diffusion, so dass eine industrielle Umsetzung des Inversionsschicht-Solarzellenkonzepts möglich wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein LCP-Prozess mit Phosphorsäurestrahl zur Herstellung eines selektiven Emitters in einer Inversionsschicht-Solarzelle angewendet.
Wie oben beschrieben worden ist, besteht eine Möglichkeit zur Herstellung einer Halbleiter-Oberfläche mit einer Inversionsschicht 108 in einem Dip in einer Cäsium-Lösung und einer nachfolgenden Silizumnitridabscheidung (allgemein der Abscheidung des Materials der zweiten elektrisch isolierenden Schicht 106), beispielsweise mittels PECVD. Das Siliziumnitrid enthält beispielsweise feste positive Ladungen, die durch positive Ladungen der Cäsiumatome noch verstärkt werden. Dadurch lässt sich eine gesamte Ladungsdichte in einem Bereich von ungefähr 10¹² cm^–2 bis ungefähr 10¹³ cm^–2 erreichen.
Mit dem Simulationsprogramm PC1D lässt sich abschätzen, dass durch diese feste positive Ladung eine Inversionsschicht 108 mit einer Schichtdicke von etwa 50 nm und einer maximalen Ladungsträgerdichte an der Oberfläche von ungefähr 10¹⁹ cm^–3 bis ungefähr 5·10²⁰ cm^–3 entsteht. Dies entspricht einem Emitter-Schichtwiderstand in einem Bereich von ungefähr 400 Ω/sq bis ungefähr 5000 Ω/sq.
Zur Ermittlung der Abhängigkeit der Solarzellenparameter einer Inversionsschicht-Solarzelle von der Temperatur und der Bestrahlungsstärke wurde eine solche Solarzelle mit PC1D simuliert.
Simulationsparameter sind: eine feste Ladungsdichte an der Frontseite von 10¹³ cm^–2, eine Rekombinationsgeschwindigkeit der Frontseite der Solarzelle von 1000 cm/s und eine solche der Rückseite der Solarzelle von 100 cm/s.
Das Simulationsergebnis ist in 4 und 5 dargestellt.
4 zeigt ein Diagramm 400, in dem die Abhängigkeit der Solarzellenparameter einer Inversionsschicht-Solarzelle von der Temperatur dargestellt ist. Es ist die Abhängigkeit der offenen Klemmenspannung V von der Temperatur für die Inversionsschicht-Solarzelle im Vergleich zu einer konventionellen Solarzelle dargestellt. Es ist grob ein ähnlicher Abfall von der offenen Klemmenspannung V_OC mit steigender Temperatur zu sehen wie bei der Referenzzelle. Genauer betrachtet fällt die offene Klemmenspannung V_OC bei der Inversionsschicht-Solarzelle sogar schwächer ab als bei der Referenzzelle. Dies ist ein positiver Effekt für den Betrieb von Solarzellen in Solarmodulen, bei dem in der Praxis Temperaturen um 350 K auftreten.
5 zeigt ein Diagramm 500, in dem die Abhängigkeit der Solarzellenparameter einer Inversionsschicht-Solarzelle von der Bestrahlungsstärke dargestellt ist. Es ist die Abhängigkeit der offenen Klemmenspannung V_OC der Inversionsschicht-Solarzelle von der Einstrahlung dargestellt. Die offene Klemmenspannung V_OC zeigt einen Zusammenhang proportional dem natürlichen Logarithmus der Einstrahlung, wie man das auch für konventionelle Solarzellen erwartet.
6 zeigt eine Querschnittansicht einer Solarzelle 600 zu einem Zeitpunkt ihrer Herstellung.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Verwendung eines mit LCP hergestellten selektiven Emitters zur Kontaktierung einer a-Si/c-Si-Heteroübergang(Heterojunction)-Solarzelle vorgesehen sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann es vorgesehen sein, die Herstellung eines selektiven Emitters mittels LCP statt auf eine Inversionsschicht-Solarzelle auf eine Heterojunction-Solarzelle anzuwenden. Dabei wird der Emitter von einer a-Si/c-Si (amorphes Si/kristallines Si) Grenzfläche gebildet.
6 zeigt den Aufbau der Solarzelle 600 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, beispielsweise eingerichtet als Heteroübergang-Solarzelle 600.
Die Solarzelle 600 kann ein monokristallines p-dotiertes (allgemein dotiert mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps) Silizium-Substrat 602 aufweisen, auf dem eine amorphe n-dotierte (allgemein dotiert mit Dotierstoff eines zweiten Leitungstyps) Silizium-Schicht 604 angeordnet ist. Auf der amorphen n-dotierten Silizium-Schicht 604 ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Antireflexschicht (beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO)) 606 angeordnet. Mittels eines LCP-Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 610 mit einem darin eingekoppelten Laserlichtstrahl (nicht gezeigt in 6) werden in gleicher Weise, wie oben im Zusammenhang mit 2 beschrieben worden ist, Öffnungen 608 in der Antireflexschicht 606 und der Silizium-Schicht 604 gebildet, so dass Oberflächenbereiche in dem Silizium-Substrat 602 freigelegt werden. Ferner wird mittels des LCP-Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 610 ein selektiver Emitter 612 in dem Silizium-Substrat 602 gebildet, beispielsweise dotiert, beispielweise diffundiert.
Für eine entsprechende Solarzelle auf einem n-Typ Wafer kann das Konzept in verschiedenen Ausführungsbeispielen abgewandelt werden, indem p-dotiertes a-Si 604 und ein p-dotierter selektiver Emitter 612 durch einen LCP-Prozess mit Borsäure verwendet werden.
Bei diesem Solarzellenkonzept kann ein Emitter aus a-Si eingesetzt werden. Die Kontaktierung kann erfolgen über den selektiven Emitter statt über Aluminium-Kontakte, die in einem herkömmlichen Heteroübergang-Solarzellenkonzept prozessiert werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es vorgesehen, eine IL-Solarzelle auf n-Typ Wafer anzuwenden, wenn eine passivierende Schicht mit einer negativen Ladung verwendet wird, um die Inversionsschicht zu erzeugen. Dies kann beispielsweise Al₂O₃ sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Kontaktierung einer IL-Schicht mittels eines selektiven Emitters auch mittels anderer Verfahren der Laserdotierung als LCP erfolgen. Beispielsweise kann das an sich bekannte Verfahren der UNSW (University of New South Wales) eingesetzt werden, wobei nach der Abscheidung der Passivierungsschicht ein Dotierstoff auf die Passivierung aufgebracht wird und dieser mittels eines Lasers durch die Passivierungsschicht getrieben wird.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Bilden der selektiven Emitter erfolgen, indem die den Dotierstoff enthaltende Flüssigkeit (beispielsweise Phosphorsäure oder Borsäure) auf die obere Oberfläche der zweiten elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht wird, und die Öffnungen dann mittels eines Lasers gebildet werden. Dann fliegt die den Dotierstoff enthaltende Flüssigkeit (beispielsweise Phosphorsäure oder Borsäure) in die Öffnungen hinein, womit der selektive Emitter dotiert wird.
Die Metallisierung kann in gleicher Weise gebildet werden wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm 700, in dem ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann das Verfahren aufweisen, in 702, ein Bilden einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat, und, in 704, ein Bilden einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht. Das Verfahren kann ferner aufweisen, in 706, ein Bilden von Öffnungen in der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird, und, in 708, ein Dotieren der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration elektrischer Ladungsträger in den freigelegten Bereichen erhöht ist. Das Verfahren kann ferner aufweisen, in 710, ein Bilden einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein selektiver Emitter gebildet, der eine sehr feine Strukturbreite hat und zudem sehr feine Finger in einem kleineren Abstand als bei herkömmlichen Solarzellen hat. Der selektive Emitter kann dabei durch eine zweite Diffusion und die feinen Finger durch Photolithografie hergestellt werden.

Claims

Solarzelle (300, 600), aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (102, 602); • wobei das Halbleitersubstrat (102) Dotierstoff eines ersten Leitungstyps aufweist; • einer ersten elektrisch isolierende Schicht (104, 604) auf dem Halbleitersubstrat (102, 602); • wobei das Halbleitersubstrat (102) an der Grenzfläche zur ersten elektrisch isolierenden Schicht (104) eine Inversionsschicht (108) mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps aufweist; • wobei die elektrisch isolierende Schicht (106) Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; • eine zweite elektrisch isolierende Schicht (106, 606) auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604); • Öffnungen (202, 608) in der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604) und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht (106, 606), wobei das Halbleitersubstrat (102, 602) in dem Bereich der Öffnungen (202, 608) eine erhöhte Konzentration Dotierstoff des ersten Leitungstyps aufweist; und • eine metallisch leitfähige Struktur (302) in den Öffnungen (202, 608) der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604) und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht (106, 606).
Solarzelle (300, 600) gemäß Anspruch 1, • wobei der erste Leitungstyp ein p-Leitungstyp ist und der zweite Leitungstyp ein n-Leitungstyp ist; oder • wobei der erste Leitungstyp ein n-Leitungstyp ist und der zweite Leitungstyp ein p-Leitungstyp ist.
Solarzelle (300, 600) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnungen (202, 608) eine Breite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 100 μm.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste elektrisch isolierende Schicht (104) Oxid oder amorphes Silizium und die zweite elektrisch isolierende Schicht (106) Nitrid oder Oxid aufweist oder daraus besteht.
Solarzelle (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Inversionsschicht (108) einen Schichtwiderstand aufweist in einem Bereich von ungefähr 500 Ω/sq bis ungefähr 5000 Ω/sq.
Solarzelle (300, 600), aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (102, 602); • wobei das Halbleitersubstrat (102) Dotierstoff eines ersten Leitungstyps aufweist; • mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (104, 106, 604, 606) auf dem Halbleitersubstrat (102, 602); • wobei das Halbleitersubstrat (102) an der Grenzfläche zur ersten elektrisch isolierenden Schicht (104) eine Inversionsschicht (108) mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps aufweist; • wobei die elektrisch isolierende Schicht (106) Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; • Öffnungen (202, 608) in der mindestens einen elektrisch isolierenden Schicht (104, 106, 604, 606), wobei das Halbleitersubstrat (102, 602) in dem Bereich der Öffnungen (202, 608) eine erhöhte Konzentration Dotierstoff des ersten Leitungstyps aufweist; • eine metallisch leitfähige Struktur (302) in den Öffnungen (202, 608) der mindestens einen elektrischen isolierenden Schicht (104, 106, 604, 606).
Verfahren (700) zum Herstellen einer Solarzelle, das Verfahren aufweisend: • Bilden (702) einer elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat, • wobei das Halbleitersubstrat mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps dotiert ist; • wobei an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats zur elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps gebildet wird; • wobei die elektrisch isolierende Schicht (106) Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; • Bilden (706) von Öffnungen in der elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird; • Dotieren (708) der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration an Dotierstoff in den freigelegten Bereichen gegenüber der Dotierung des Halbleitersubstrats erhöht ist; und • Bilden (710) einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht.
Verfahren (700) zum Herstellen einer Solarzelle, das Verfahren aufweisend: • Bilden (702) einer ersten elektrisch isolierenden Schicht auf einem Halbleitersubstrat, • wobei das Halbleitersubstrat mit Dotierstoff eines ersten Leitungstyps dotiert ist; • wobei an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats zur ersten elektrisch isolierenden Schicht eine Inversionsschicht mit Ladungsträgern eines zweiten Leitungstyps gebildet wird; • wobei die erste elektrisch isolierende Schicht (106) Ladungen des ersten Leitungstyps aufweist; • Bilden einer zweiten elektrisch isolierende Schicht (106, 606) auf der ersten elektrisch isolierenden Schicht (104, 604); • Bilden (706) von Öffnungen in der ersten und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht, so dass ein Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats freigelegt wird; • Dotieren (708) der freigelegten Bereiche des Halbleitersubstrats, wobei die Konzentration an Dotierstoff in den freigelegten Bereichen gegenüber der Dotierung des Halbleitersubstrats erhöht ist; und • Bilden (710) einer metallisch leitfähigen Struktur in den Öffnungen der ersten elektrisch isolierenden Schicht und der zweiten elektrisch isolierenden Schicht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, • wobei der erste Leitungstyp ein p-Leitungstyp ist und der zweite Leitungstyp ein n-Leitungstyp ist; oder • wobei der erste Leitungstyp ein n-Leitungstyp ist und der zweite Leitungstyp ein p-Leitungstyp ist.
Verfahren gemäß einem der Anspruch 7 bis 9, wobei das Dotieren erfolgt mittels eines Flüssigkeitsstrahls, der den Dotierstoff enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der Flüssigkeitsstrahl eine Säure aufweist, die den Dotierstoff enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Säure Phosphorsäure enthält.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Teil der elektrisch isolierenden Schicht mittels eines Lasers entfernt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, • wobei der Teil der elektrisch isolierenden Schicht mittels eines Lasers entfernt wird, • wobei der Laser eingekoppelt wird in den Flüssigkeitsstrahl.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei die elektrisch leitfähige Struktur gebildet wird mittels Galvanisierens eines Metalls auf dem freigelegten Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats in dem Bereich, in dem der Teil der elektrisch isolierenden Schicht entfernt worden ist.