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Die Erfindung betrifft ein Solarzellenherstellungsverfahren.
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Um die Lichtumwandeleffizienz moderner Solarzellen zu erhöhen, ist es notwendig, Rekombinationsverluste an Halbleiteroberflächen zu vermindern. Dies geschieht mittels einer sogenannten (elektrischen) Passivierung. Hierbei werden Passivierschichten auf die zu passivierenden Halbleiteroberflächen aufgebracht. Eine derartige Passivierschicht kann hierbei entweder eine chemische Passivierung oder eine Feldeffekt-Passivierung bewirken. Die chemische Passivierung erfolgt dadurch, dass Halbleiteroberflächen beziehungsweise Grenzflächen zwischen dem Halbleiter und der Passivierschicht von defekten Befreit werden, beispielsweise indem Bindungsstellen im Halbleiter oder an seiner Oberfläche chemisch abgesättigt werden.
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Bei einer Feldeffekt-Passivierung wird die Bandstruktur an der Halbleiteroberfläche beziehungsweise an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und der Passivierschicht kontrolliert eingestellt. Dies erreicht man beispielsweise mittels einer Passivierschicht, welche feste Ladungsträger enthält, oder welche feste Ladungsträger zwischen sich und der Halbleiteroberfläche ausbildet. Beispielsweise enthält eine Passivierschicht aus Aluminiumoxid (AlxOy) feste negative Ladungsträger, welche dazu führen, dass Elektronen im Halbleiter von der Grenzfläche zur Passivierschicht weg gedrängt werden, so dass sie dort keine Rekombination mit Löchern eingehen können. Mittels Einstellung eines geeigneten Bandverlaufs wird somit die Feldeffekt-Passivierung erreicht.
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Neben dem Aluminiumoxid gibt es weitere Materialien, welche sich zur Ausbildung von Passivierschichten für eine Feldeffekt-Passivierung eignen, beispielsweise Siliziumnitrid (SiNx). Im Gegensatz zu Aluminiumoxid weist eine Siliziumnitrid-Schicht feste positive Ladungsträger auf, so dass sie sich für die Oberflächenpassivierung von p-Typ Halbleiterschichten eignet. Durch die Wahl des Material und der Abscheideparameter können die Passiviereigenschaften der Passivierschicht eigestellt werden, um unterschiedlichen Anforderungen zu genügen. Allerdings lassen sich auf diese Weise die Passiviereigenschaften nur in sehr begrenztem Umfang beeinflussen. Es ist zudem schwierig, gleichzeitig die Passiviereigenschaften und weitere optische oder elektrische Eigenschaften der Passivierschichten einzustellen.
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Eine Lösung dieses Problems besteht darin, die festen Ladungsträger in der Passivierschicht nachträglich, also nach dem Erzeugen der Passivierschicht, zu beeinflussen, beispielsweise indem weitere feste Ladungsträger in die Passivierschicht eingebaut werden, um die Ladungsträgerdichte nachträglich zu ändern. Dies geschieht beispielsweise im Dokument
DE 44 12 297 A1 . Gemäß dem darin offenbarten Stand der Technik wird eine Halbleitervorrichtung passiviert, indem darauf eine Isolierschicht abgeschieden wird und auf diese Isolierschicht elektrische Ladungen aufgesprüht werden. Diese Vorgehensweise hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass sich die so auf die Isolierschicht aufgebrachten Ladungen leicht von der Isolierschicht entfernen lassen. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass die elektrischen Ladungen in einem nachfolgenden nasschemischen Schritt versehentlich zumindest teilweise abgewaschen werden. Der mit diesem bekannten Verfahren erzielte Effekt ist somit nicht von Dauer.
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Ein alternatives Verfahren zur nachträglichen Einstellung der Feldeffekt-Passivierung wird in dem Dokument
US 2010 / 108 138 A1 offenbart. Darin wird eine Schichtenfolge beschrieben, welche aus einer Halbleiterschicht, einer Oxidschicht, einer Nitridschicht und einer weiteren Oxidschicht besteht. Diese Schichtenfolge wird als SONO-Struktur bezeichnet (Semiconductor-Oxide-Nitride-Oxide) und dient als nichtflüchtiger Ladungsspeicher. Auf dieser SONO-Struktur ist eine Kontaktelektrode angeordnet, mittels derer der Ladungsspeicher beladen wird, um die Feldeffekt-Passivierung zu erhalten. Die hierzu notwendige SONO-Struktur hat jedoch einen komplizierten Aufbau, da mittels der Schichtenfolge ein Potentialtopf erzeugt werden muss, um die darin eingeführten Ladungsträger dauerhaft zu halten. Zudem ist die einsetzbare Schichtenfolge auf eine Oxid-Nitrid-Oxid-Struktur beschränkt.
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In der Veröffentlichung „Parasitic Shunt Losses in all-side sinx passivated mc-si solar cells“ von Cesar et al., der im Begleitband zur Konferenz „24th European Photovoltaic Solar Energy Conferebnce" auf den Seiten 1552-1557 veröffentlicht wurde, werden Solarzellen mit einer rückseitiger Metallisierung beschrieben. Die Metallisierung ist hierbei auf einer Passivierschicht gebildet, welche aus Siliziumnitrid hergestellt ist. Hierin wird auch erwähnt, dass Passivierschichten aus Siliziumnitrid und Aluminiumoxid feldeffektpassivierend wirken und ortsfeste Ladungsträger mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen.
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US 4 886 555 A offenbart eine Solarzellenarchitektur mit Metall-Isolator-Halbleiter-Kontakten (MIS-Kontakten) zur Entnahme von Minoritätsladungsträgern und ohmschen Kontakten zur Entnahme von Majoritätsladungsträgern. Auf der Solarzellenoberfläche mit den ohmschen Kontakten ist ferner eine Passivierschicht beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid gebildet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen bereitzustellen, bei dem die Passivierung an der Halbleiteroberfläche auf einfache und universelle Weise zuverlässig und dauerhaft eingestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Solarzellenherstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auch eine ein- oder mehrschichtige Dielektrikschicht, welche nicht als Potentialtopf ausgebildet ist, dazu geeignet ist, Ladungsträger ortsfest zu binden, wenn diese Ladungsträger aus dem Halbleiter heraus in die Dielektrikschicht eingebracht werden. Indem Ladungsträger aus der Halbleiterschicht in die darüber angeordnete Dielektrikschicht derart eingebracht werden, dass hierdurch in der Dielektrikschicht ortsfeste Ladungen gebildet werden, kann die Dichte fester Ladungen in der Dielektrikschicht beliebig eingestellt werden, unabhängig von der Wahl der für die Dielektrikschicht eingesetzten Materialien oder von Abscheideparametern, welche bei der Abscheidung der Dielektrikschicht eingestellt wurden.
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In dem Aufbringschritt wird auf der bereitgestellten Halbleiterschicht eine Dielektrikschicht aufgebracht, welche zumindest nach dem Bilden der ortsfesten Ladungen in der Dielektrikschicht die Halbleiteroberfläche elektrisch passiviert. Häufig werden für die Dielektrikschicht Materialien und Abscheideparameter eingesetzt, die dazu führen, dass die Dielektrikschicht auch ohne den zusätzlichen Einbringschritt eine Oberflächenpassivierwirkung aufweist. Die Feldeffekt-Passivierwirkung dieser Dielektrikschicht kann mittels des Einbringschrittes jedoch modifiziert und so beliebig eingestellt werden. Es kann sich jedoch auch um eine Dielektrikschicht handeln, welche in erster Linie eine chemische Passivierung der Halbleiteroberfläche erwirkt, oder welche hauptsächlich eine andere Funktion besitzt, und welche mittels der eingebrachten festen Ladungen zu einer feldeffektpassivierenden Schicht ausgebaut wird.
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Die Dielektrikschicht kann hierbei entweder aus einer einzelnen Schicht gebildet sein, nämlich einer Passivierschicht, welche unmittelbar auf der Halbleiterschicht aufgebracht ist. Sie kann jedoch auch eine Pufferschicht zwischen der Passivierschicht und der Halbleiterschicht oder eine Deckschicht auf der Passivierschicht umfassen, um eine zweischichtige Struktur zu bilden. In diesen beiden Fällen kann die Dielektrikschicht quer zur Halbleiteroberfläche ohnehin keinen Potentialtopf bilden. Auch im alternativen Fall einer dreischichtigen Dielektrikschicht-Struktur, bei dem die Pufferschicht auf ihrer der Halbleiterschicht abgewandten Seite mit einer Deckschicht bedeckt ist, wird vorliegend kein Potentialtopf gebildet, indem die in der Mitte der dreischichtigen Struktur liegende Passivierschicht eine größere Bandlücke aufweist, entweder als die Pufferschicht, als die Deckschicht oder als beide anliegenden Schichten.
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Anstatt dass die Ladungsträger an einer freien Oberfläche der Dielektrikschicht gehalten oder in einem in der Dielektrikschicht gebildeten Potentialtopf eingefangen werden, werden die ortsfesten Ladungen im vorliegenden Fall dadurch gebildet, dass Ladungen aus der Halbleiterschicht in die Dielektrikschicht eingebracht werden und dort in Störstellen festgehalten werden. Die Positionen dieser Störstellen sind vom verwendeten Material abhängig, weil auch die Bandstruktur der Dielektrikschicht durch das hierfür verwendete Material selbst bedingt wird. Das Einbringen der Ladungsträger aus der Halbleiterschicht in die Dielektrikschicht erfolgt mittels Anregung freier Ladungsträgern aus Valenz- und / oder Leitungsband der Halbleiterschicht, beispielsweise mittels energetischer Strahlung, und dessen transportiert in die Dielektrikschicht. Die Ladungsträger bleiben vorzugsweise in der Pufferschicht gefangen, bevorzugt nahe einer Grenzfläche zur Halbleiterschicht, wo sie zur Feldeffekt-Passivierung beitragen. Auf diese Weise wird der Bandverlauf an der Halbleiteroberfläche zuverlässig und dauerhaft eingestellt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Pufferschicht aus einem Oxid oder einem Nitrid des Halbleitermaterials der Halbleiterschicht gebildet wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Halbleiteroberfläche der Halbleiterschicht mit Sauerstoff oder mit Stickstoff reagiert, um ein natives Oxid oder ein natives Nitrid zu bilden. Alternativ oder zusätzlich kann eine derartige Oxid- oder Nitridschicht oder eine Oxid- oder Nitridschicht eines anderen Materials, beispielsweise eines anderen Halbleitermaterials, auf die Halbleiterschicht abgeschieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Passivierschicht während des Aufbringschrittes derart aufgebracht wird, dass sie die Halbleiteroberfläche auch vor dem Einbringschritt elektrisch passiviert. Alternativ kann die Passivierschicht auch derart gebildet beziehungsweise derart abgeschieden sein, dass sie erst nach dem Einbringschritt sinnvoll passiviert. Mit sinnvoller Passivierung ist beispielsweise gemeint, dass die Oberflächenrekombinationsrate unterhalb eines Schwellenwertes von etwa S=100 cm/s liegt. Eine von sich aus nicht passivierende Passivierschicht, dessen Feldeffektpassivierwirkung erst mittels des Einbringschrittes „aktiviert“ wird, kann beispielweise den Vorteil haben, dass sie sowohl für p-Typ als auch für n-Typ Halbleiter eingesetzt werden kann, da erst im Einbringschritt bestimmt werden muss, welches Vorzeichen die eingebrachten Ladungsträger haben.
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In bestimmtes Ausführungsformen kann beim Aufbringschritt eine Dielektrikschicht auf die Halbleiterschicht aufgebracht werden, welche bereits feste Ladungsträger einer bestimmten Polarität aufweist und anschließend mittels des Einbringschrittes eine Invertierung der Polarität der Dielektrikschicht erfolgen, indem dort Ladungsträger mit entgegengesetzter Polarität eingebracht werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass während des Aufbringschrittes in der Passivierschicht ortsfeste Ladungen entstehen, deren Ladungsdichte während des Einbringschrittes mittels der eingebrachten Ladungsträger beeinflusst wird. Durch Wahl geeigneter Prozessparameter kann hierdurch die Ladungsdichte der ortsfesten Ladungen erhöht, vermindert oder in ihrer Polarität verändert werden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Ladungsträger in einen Grenzflächenbereich in der Passivierschicht eingebracht werden, welcher der Halbleiteroberfläche der Halbleiterschicht zugewandt ist. Hierbei kann es sich um einen Bereich nahe der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und der Passivierschicht handeln, wenn keine Pufferschicht vorhanden ist, oder um einen Bereich nahe der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und der Pufferschicht oder der Pufferschicht und der Passivierschicht, wenn eine Pufferschicht vorhanden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Einbringen der Ladungsträger aus der Halbleiterschicht in die Passivierschicht mittels Anlegen einer externen Spannung erfolgt. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass zum Anlegen der externen Spannung eine leitende Schicht auf die Dielektrikschicht aufgebracht wird. Insbesondere ist in dem zweischichtigen oder dreischichtigen Fall, bei dem die Passivierschicht mit einer Deckschicht bedeckt ist, eine derartige externe Spannung notwendig, um die Ladungsträger in die Dielektrikschicht einzubringen.
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Nach dem Einbringen der Ladungen aus der Halbleiterschicht in die Dielektrikschicht kann eine zum Anlegen der externen Spannung aufgebrachte leitende Schicht wieder entfernt werden. Alternativ kann die leitende Schicht beibehalten werden, beispielsweise um bei der fertigen Solarzelle einen funktionellen Zweck zu erfüllen, oder um einen nachträglichen zusätzlichen Einbringschritt zu erlauben. Die leitende Schicht kann in jedem Fall aus einem metallischen Material oder aus einem leitfähigen transparenten Material gebildet werden.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das Einbringen der Ladungsträger aus der Halbleiterschicht in die Passivierschicht mittels einer elektromagnetischen Bestrahlung und / oder mittels einer Partikelbestrahlung erfolgt. In beiden Fällen kann die Bestrahlung entweder von der der Dielektrikschicht abgewandten Seite der Halbleiterschicht oder von der der Halbleiterschicht abgewandten Seite der Dielektrikschicht her auf die dazwischen liegende Halbleiteroberfläche erfolgen. Bei der elektromagnetischen Bestrahlung kann Terahertzstrahlung, optische Strahlung, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung oder eine andere Strahlung eingesetzt werden, welche geeignet ist, Ladungsträger aus dem Halbleiter anzuregen und in die Dielektrikschicht zu transportieren. Es ist auch möglich, die Ladungsträger aus dem Halbleitermaterial mittels einer Mehrphotonenabsorption anzuregen. In diesem Fall kann die Wellenlänge der verwendeten Strahlung entsprechend niedriger sein.
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Wenn elektromagnetische Strahlung beim Einbringschritt eingesetzt wird, eignen sich hierfür insbesondere Strahlen mit Wellenlängen von etwa 10-6 bis etwa 10-8 m. Die Bestrahlung kann in jedem geeigneten Wellenlängenbereich mit einer Intensität von bis zu 0,2 × 106 W/m2 erfolgen. Bei höheren Intensitäten kann die Gefahr bestehen, dass das Material der Dielektrikschicht zumindest teilweise ablatiert wird.
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Eine beim Einbringschritt eingesetzte Partikelbestrahlung umfasst beispielsweise die Ausbildung einer Koronaentladung. Vorzugsweise wird hierbei eine Koronaentladung zwischen der Halbleiterschicht als eine Elektrode und einer über der Dielektrikschicht angeordneten Gegenelektrode ausgebildet.
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Die Behandlung im Einbringschritt erfolgt vorzugsweise mit einem oder mehreren der folgenden Prozessparameterwerte beziehungsweise Prozessparameterbereiche: Abhängigkeit von der gewünschten Stromdichte kann beim Anlegen einer externen Spannung, bei Verwendung einer Koronaentladung oder dergleichen ein Spannungswert von etwa 10 V bis etwa 11 kV eingesetzt werden. Die Prozessdauer für den Einbringschritt liegt vorzugsweise unter 1 min, kann jedoch in Abhängigkeit von den anderen Prozessparametern bis zu 30 min betragen. Die Prozesstemperatur beim Einbringschritt liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 10°C bis etwa 80°C, eher bevorzugt bei etwa Umgebungstemperatur beziehungsweise Raumtemperatur.
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Darüber hinaus können für die Koronaentladung beispielsweise ionisierte Moleküle umfassend Ozonidanion (O3 -), Hydronium (H3O+) und / oder Carbonat-Anion (CO3 2-) eingesetzt werden.
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In jedem Fall ist es von Vorteil, eine Ladungsmenge von mindestens 1012 cm-2 aus dem Halbleiter in die Dielektrikschicht zu induzieren beziehungsweise einzubringen. Vorteilhafterweise liegt die eingebrachte Ladungsdichte im Bereich von etwa 1012 bis 1015 cm-2.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass beim Einbringschritt die Ladungsträger derart in die Passivierschicht eingebracht werden, dass die Konzentration der eingebrachten Ladungsträger entlang der Halbleiteroberfläche variiert. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn nach dem Aufbringen der Dielektrikschicht eine inhomogene Ladungsverteilung in der Dielektrikschicht vorliegt. In diesem Fall kann mittels des Einbringens einer entlang der Halbleiteroberfläche variierenden Ladungsdichteverteilung die ursprüngliche Ladungsverteilung im Einbringschritt ausgeglichen werden.
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Das Einbringen der Ladungen in die Dielektrikschicht kann zudem lokal derart erfolgen, dass nur ein oder mehrere punktuelle Bereiche auf der Dielektrikschicht mit festen Ladungen beladen werden. Um dies zu erreichen eignet sich insbesondere eine Beladung mittels einer elektromagnetischen oder Partikelbestrahlung, beispielsweise mittels einer Koronaentladung. Alternativ hierzu kann jedoch auch eine externe Spannung verwendet werden, wenn die für das Anlegen der externen Spannung eingesetzten leitfähigen Schichten entsprechend strukturiert sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Halbleiterschicht in Form eines Halbleiterwafers bereitgestellt wird. Alternativ kann das Verfahren jedoch auch bei Dünnschichtsolarzellen Einsatz finden.
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In jedem Fall können eine oder mehrere der Teilschichten der Dielektrikschicht aus anorganischen Oxiden, insbesondere aus Metalloxiden wie beispielsweise Magnesiumoxid (MgxOy), Hafniumoxid (HfxOy), Zirconiumoxid (ZrxOy), Aluminiumoxid (AlxOy) oder Titanoxid (TixOy) in jeder geeigneten stöchiometrischen Form, oder aus einem Oxid oder Nitrid des Halbleitermaterials, beispielsweise aus Siliziumoxid oder -nitrid gebildet sein. Vorzugsweise sind alle Teilschichten der Dielektrikschicht aus einem oder mehreren dieser Materialien gebildet. In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Aufbringschritt eine Aluminiumoxidschicht als Passivierschicht aufgebracht wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
- 1a eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiters mit einschichtiger Dielektrikschicht;
- 1b einen Halbleiter mit zweischichtiger Dielektrikschicht;
- 1c einen Halbleiter mit zweischichtiger Dielektrikschicht gemäß einer alternativen Ausführungsform;
- 1d einen Halbleiter mit dreischichtiger Dielektrikschicht;
- 2 ein Banddiagramm eines Schichtsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
- 3 ein Banddiagramm der Schichtstruktur gemäß 2 nach dem Einbringen von Ladungen in die Passivierschicht.
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In den 1a bis 1d werden unterschiedliche Ausführungsformen von Halbleiterschichten 2 mit hierauf aufgebrachten Dielektrikschichten 1 dargestellt, wobei sich die Dielektrikschichten 1 jeweils in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Die Darstellungen in den 1a bis 1d zeigen hierbei schematische Querschnittsansichten der Halbleiterschicht 2 mit jeweiligen Dielektrikschichten 1. Um diese Strukturen zu fertigen Solarzellen weiterzuverarbeiten, müssen üblicherweise weitere funktionelle Schichten aufgebracht werden, insbesondere elektrische Kontaktschichten.
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Die 1a zeigt eine Halbleiterschicht 2 mit einer Dielektrikschicht 1, welche auf einer einzelnen auf einer Halbleiteroberfläche 20 der Halbleiterschicht 2 aufgebrachten Passivierschicht 12 gebildet ist. Die Dielektrikschicht 1 ist hier also einschichtig aufgebaut. Nach dem Aufbringen der Passivierschicht 12 auf die Halbleiteroberfläche 20, werden in einem Einbringschritt Ladungsträger aus der Halbleiterschicht 2 in die Dielektrikschicht 1 eingebracht. Dies kann beispielsweise mittels Anlegen einer externen Spannung an nachträglich aufgebrachten metallischen Kontakten geschehen, welche in den 1a bis 1d nicht dargestellt sind. Hierdurch bilden sich feste Ladungsträger in der Dielektrikschicht 1, welche zur Passivierwirkung der Passivierschicht 12 mittels Feldeffektpassivierung beitragen. Die festen Ladungen binden sich bevorzugt an Störstellen. Vorzugsweise werden die Ladungsträger in einen Grenzflächenbereich in der Passivierschicht eingebracht, in diesem Fall beispielsweise in einem Grenzflächenbereich nahe der Halbleiteroberfläche 20.
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Bei den in den 1b und 1c dargestellten Ausführungsformen ist die Dielektrikschicht 1 zweischichtig ausgebildet, und umfasst die Passivierschicht 12 sowie eine weitere Schicht. Bei der weiteren Schicht handelt es sich entweder wie in der 1b dargestellt um eine zwischen der Passivierschicht 12 und der Halbleiterschicht 2 angeordnete Pufferschicht 11, oder wie in der 1c dargestellt um eine Deckschicht 13, welche die Passivierschicht 12 auf ihrer der Halbleiterschicht 2 abgewandten Seite bedeckt.
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Schließlich wird in der 1d eine Ausführungsform der Schichtstruktur dargestellt, bei der die Dielektrikschicht 1 dreischichtig ausgebildet ist, indem die Passivierschicht 12 zwischen der Pufferschicht 11 auf ihrer der Halbleiterschicht 2 zugewandten Seiten und der Deckschicht 13 auf ihrer der Halbleiterschicht 2 abgewandten Seite eingefasst ist. In diesem Fall ist jedoch die dreischichtige Dielektrikschicht 1 nicht als Potentialtopf ausgebildet, indem die Passivierschicht 12 eine kleinere Bandlücke aufweist, als die Deckschicht 13 und die Pufferschicht 11. Vielmehr ist die Passivierschicht 12 aus einem Material gebildet und / oder auf eine Weise gebildet, dass ihre Bandlücke größer ist, als die Bandlücke der Deckschicht 13 oder als die Bandlücke der Pufferschicht 11. In bestimmten Ausführungsformen kann die Passivierschicht 12 eine Bandlücke aufweisen, welche sowohl größer als die Bandlücke der Deckschicht 13 als auch größer als die Bandlücke der Pufferschicht 11 ist.
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Jede der in den 1a bis 1d dargestellten Dielektrikschichten kann mit unterschiedlichen Verfahren in einem Einbringschritt mit zusätzlichen festen Ladungen versehen werden. Wie dies geschieht, wird in den 2 und 3 schematisch veranschaulicht.
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Die 2 zeigt die Bandstruktur eine Schichtstruktur umfassend eine Halbleiterschicht 2, eine Pufferschicht 11 und eine Passivierschicht 12, sowie optional eine Deckschicht 13. Dass die Deckschicht 13 optional ist, wird in den 2 und 3 dadurch kenntlich gemacht, dass ihre Bandstruktur gestrichelt dargestellt ist. Es werden für jede Schicht in der Bandstruktur jeweils der Leitungsband und der Valenzband dargestellt, deren Abstand die Bandlücke jeder Schicht veranschaulicht. Da es sich bei der Pufferschicht 11, der Passivierschicht 12 und der Deckschicht 13 um dielektrische Schichten handelt, haben sie alle größere Bandlücken, als die Halbleiterschicht 2. Im vorliegend dargestellten Fall weist außerdem die Pufferschicht 11 eine größere Bandlücke auf, als die anliegende Passivierschicht 12. Die in der 2 als gefüllte Kreise 3 dargestellten Ladungsträger im Leitungsband der Halbleiterschicht 2 müssen im Einbringschritt derart angeregt werden, dass sie die aufgrund der Pufferschicht 11 gebildete Hürde überwinden und in die Passivierschicht 12 eindringen (siehe Pfeil).
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Nach diesem Einbringschritt bilden sich an einer Grenzfläche in der Passivierschicht 12 feste Ladungen 3, welche in der 3 ebenfalls anhand von gefüllten Kreisen veranschaulicht sind. Die festen Ladungen 3 werden vorzugsweise an Störstellen in der Passivierschicht 12 gebildet, so dass sie dort dauerhaft gehalten werden. Im vorliegenden Fall verhindert darüber hinaus die große Bandlücke der Pufferschicht 11, dass die eingebrachten Ladungsträger aus der Passivierschicht 12 wieder in die Halbleiterschicht 2 zurückfließen.
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Aufgrund der festen Ladungen 3 in der Dielektrikschicht 1 findet eine Bandverbiegung in der Bandstruktur der Halbleiterschicht 2 statt, was in der 3 schematisch dargestellt ist. Aufgrund des so geänderten Bandverlaufs werden die Ladungsträger einer Sorte im Halbleiter von der Halbleiteroberfläche 20 zurück in die Halbleiterschicht 2 gedrängt. Diese Ladungsträger stehen dann nahe der Halbleiteroberfläche 20 nicht zur Rekombination bereit. Hierdurch vermindert sich die Rekombinationsrate, und die Solarzelleneffizienz wird erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dielektrikschicht
- 11
- Pufferschicht
- 12
- Passivierschicht
- 13
- Deckschicht
- 2
- Halbleiterschicht
- 20
- Halbleiteroberfläche
- 3
- Ladungsträger
