DE102011051307A1 - Process for the production of plated-through solar cells - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer durchkontaktierten Solarzelle (70) aufweisend Verfahrensschritte des Einbringens (10; 30) von Kontaktlöchern (54) in ein Solarzellensubstrat (52), des Eindiffundierens (14) von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat (52) zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters (82) auf einer Vorderseite des Solarzellensubstrats (52) und des Aufbringens (18) einer dielektrischen Beschichtung (88) auf eine Rückseite des Solarzellensubstrats (52) zum Zwecke der Passivierung dieser Rückseite, bei welchem bei dem Eindiffundieren (14) von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat (52) zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters (82) auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats (52) auf zumindest einem Teil der Rückseite des Solarzellensubstrats (52) Dotierstoff in das Solarzellensubstrat (52) eindiffundiert wird (14) und in dieser Weise der Emitter zum Teil auf der Rückseite des Solarzellensubstrats (52) ausgebildet wird (14) und bei welchem der Emitter von der Rückseite des Solarzellensubstrats (52) vollständig entfernt wird (16), bevor die dielektrische Beschichtung (88) auf die Rückseite aufgebracht wird (18).A method for producing a through-plated solar cell (70), comprising method steps of introducing (10; 30) contact holes (54) into a solar cell substrate (52), diffusing (14) dopant into the solar cell substrate (52) for the purpose of forming an emitter ( 82) on a front side of the solar cell substrate (52) and the application (18) of a dielectric coating (88) to a rear side of the solar cell substrate (52) for the purpose of passivating this rear side, during which dopant diffuses (14) into the solar cell substrate (52) for the purpose of forming an emitter (82) on the front side of the solar cell substrate (52) on at least a part of the rear side of the solar cell substrate (52) dopant is diffused into the solar cell substrate (52) (14) and in this way the emitter for Part on the back of the solar cell substrate (52) is formed (14) and in which the emitter from the back of the solar Ellensubstrats (52) is completely removed (16) before the dielectric coating (88) is applied to the back (18).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung durchkontaktierter Solarzellen, häufig auch als Metallization-Wrap-Through Solarzellen oder kurz als MWT-Solarzellen bezeichnet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for producing plated-through solar cells, often also referred to as metallization-wrap-through solar cells or short as MWT solar cells, according to the preamble of claim 1.
Solarzellen besitzen üblicherweise eine großflächige Seite, welche im Betrieb der Solarzelle dem einfallenden Licht zugewandt ausgerichtet wird. Diese Seite wird im Weiteren als Vorderseite der Solarzelle oder des für die Solarzellenfertigung verwendeten Solarzellensubstrats bezeichnet. Die dieser Vorderseite gegenüberliegende Seite wird nachfolgend als Rückseite der Solarzelle, beziehungsweise des Solarzellensubstrats, bezeichnet. Bei konventionellen Solarzellenkonzepten ist auf der Vorderseite der Solarzelle eine Vielzahl schmaler Kontaktfinger angeordnet, welche in eine oder mehrere Sammelleitungen, sogenannte busbars, münden. Diese Sammelleitungen sind üblicherweise deutlich breiter ausgeführt als die Kontaktfinger, um einen effizienten Stromabtransport zu ermöglichen. Die Kontaktfinger, vor allem aber die breiteren Sammelleitungen schatten einen Teil der Vorderseite der Solarzelle gegenüber einfallendem Licht ab, was eine Verringerung des generierten Stromes und somit des Wirkungsgrades der Solarzelle nach sich zieht. Solar cells usually have a large-area side, which is aligned with the incident light during operation of the solar cell. This page is referred to hereinafter as the front of the solar cell or of the solar cell substrate used for solar cell production. The opposite side of this front side is referred to below as the back of the solar cell, or the solar cell substrate. In conventional solar cell concepts, a large number of narrow contact fingers are arranged on the front side of the solar cell, which open into one or more busbars. These manifolds are usually designed to be significantly wider than the contact fingers to allow efficient Stromabtransport. The contact fingers, but especially the wider busbars shadow part of the front side of the solar cell from incident light, which results in a reduction of the generated current and thus the efficiency of the solar cell.
Bei durchkontaktierten Solarzellen, sogenannten MWT-Solarzellen, werden diese Abschattungsverluste reduziert, indem die Solarzelle mit durch das Solarzellensubstrat hindurchreichenden Kontaktlöchern versehen und die schmalen Kontaktfinger der Vorderseite über diese Kontaktlöcher, welche häufig als vias bezeichnet werden, mit auf der Rückseite der Solarzelle angeordneten Sammelleitungen elektrisch leitend verbunden werden. In plated-through solar cells, so-called MWT solar cells, these shading losses are reduced by electrically providing the solar cell with contact holes extending through the solar cell substrate and electrically electrically connecting the narrow contact fingers of the front side via these contact holes, which are often referred to as vias, with busbars arranged on the rear side of the solar cell be connected conductively.
Dies bringt zudem den Vorteil mit sich, dass sowohl ein Emitter wie auch eine Basis der Solarzelle über deren Rückseite kontaktiert werden können. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstigere Verschaltung der Solarzellen im Solarzellenmodul. This also has the advantage that both an emitter and a base of the solar cell can be contacted via the back. This allows a more cost-effective interconnection of the solar cells in the solar cell module.
Bei der Fertigung von Solarzellen müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Kurzschlüsse zwischen dem Emitter und der Basis der Solarzelle zu vermeiden. Diese Vorkehrungen werden üblicherweise als Kantenisolierung bezeichnet. Zu diesem Zweck wird mittels Laserstrahlverdampfung ein auf der Vorderseite der Solarzelle möglichst nahe an den Kanten der Solarzelle verlaufender, umlaufender Graben eingebracht. Bei durchkontaktierten Solarzellen ist dies jedoch nicht ausreichend, da sich Emitter- wie auch Basiskontakte auf der Rückseite befinden und Kurzschlüsse zwischen diesen Kontakten verhindert werden müssen. Dies wird bislang mittels aufwändiger Maskierungsschritte realisiert, insbesondere bei Solarzellen mit passivierter Rückseite, bei welchen eine rückseitige Überkompensation des Emitters mittels beispielsweise Aluminium nicht ohne Weiteres möglich ist. In the manufacture of solar cells precautions must be taken to avoid short circuits between the emitter and the base of the solar cell. These provisions are commonly referred to as edge isolation. For this purpose, by means of laser beam evaporation on the front of the solar cell as close as possible to the edges of the solar cell running, circumferential trench is introduced. In the case of through-contacted solar cells, however, this is not sufficient, since emitter contacts as well as base contacts are located on the rear side and short circuits between these contacts must be prevented. This has hitherto been realized by means of complicated masking steps, in particular in the case of solar cells with passivated rear side, in which a back overcompensation of the emitter by means of, for example, aluminum is not readily possible.
Auf der
Die Begriffe der Vorderseite und der Rückseite der Solarzelle, beziehungsweise des Solarzellensubstrats, sind dabei in der eingangs erläuterten Weise zu verstehen. The terms of the front side and the back side of the solar cell, or of the solar cell substrate, are to be understood in the manner explained above.
Der Emitter ist gebildet durch Oberflächenbereiche des Solarzellensubstrats, in welche Emitterdotierstoff eindiffundiert ist. The emitter is formed by surface regions of the solar cell substrate in which emitter dopant is diffused.
Die Basis der Solarzelle wird gebildet durch nicht mit Emitterdotierstoff versehene Bereiche des Solarzellensubstrats. In diesen Bereichen befindet sich das Solarzellensubstrat gleichsam in seinem Ausgangszustand, in welchem es eine der Emitterdotierung entgegengesetzte Grunddotierung aufweist. Diese Grunddotierung wird häufig als Volumendotierung bezeichnet. The base of the solar cell is formed by non-emitter doped regions of the solar cell substrate. In these areas, the solar cell substrate is as it were in its initial state in which it has a basic doping opposite to the emitter doping. This basic funding is often referred to as volume distribution.
Die Begriffe Basis der Solarzelle und Basis des Solarzellensubstrats bezeichnen für gewöhnlich denselben Sachverhalt. The terms base of the solar cell and base of the solar cell substrate usually designate the same thing.
Da die Solarzelle auf ihrer rückseitigen Oberfläche keinen Emitter aufweist, kann sie aufwandsgünstig hergestellt werden. Dies beruht darauf, dass Maskierungsschritte zur Sicherstellung der elektrischen Isolierung der Emitterkontakte von den Basiskontakten nicht erforderlich sind. Zudem kann auf die oben beschriebenen umlaufenden Lasergräben auf der Vorderseite der Solarzelle verzichtet werden, was einerseits den Fertigungsaufwand verringert, andererseits zur Steigerung des Wirkungsgrades der Solarzelle führen kann, da keine Emitterfläche für die Lasergräben benötigt wird und somit für die Stromgeneration zur Verfügung steht. Da diese Laserprozesse für die Kantenisolierung unterbleiben können, besteht auch keine Gefahr, hierbei die Solarzelle, beziehungsweise das Solarzellensubstrat, zu schädigen. Since the solar cell has no emitter on its back surface, it can be produced inexpensively. This is because masking steps to ensure electrical isolation of the emitter contacts from the base contacts are not required. In addition, can be dispensed with the above-described circumferential laser trenches on the front of the solar cell, which on the one hand reduces manufacturing costs, on the other hand can increase the efficiency of the solar cell, since no emitter surface is needed for the laser trenches and thus is available for the current generation. Since these laser processes for edge insulation can be omitted, there is also no danger of damaging the solar cell or the solar cell substrate in this case.
Die dielektrische Beschichtung kann durch eine Schicht oder durch einen Schichtstapel aus mehreren Schichten verschiedener Materialien gebildet sein. The dielectric coating may be formed by a layer or by a layer stack of several layers of different materials.
Die auf der rückseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildete dielektrische Beschichtung ist vorzugsweise als Rückseitenpassivierung ausgeführt, passiviert also rekombinationsaktive Oberflächenzustände auf der Rückseite des Solarzellensubstrats. Diese Ausgestaltungsvariante stellt somit eine aufwandsgünstig herstellbare durchkontaktierte Solarzelle, beziehungsweise MWT-Solarzelle, mit passivierter Rückseite dar. Als Solarzellensubstrat wird ein Siliziumsubstrat verwendet. The dielectric coating formed on the rear surface of the solar cell substrate is preferably designed as a backside passivation, thus passivating recombination-active surface states on the back side of the solar cell substrate. This embodiment variant thus represents a cost-effectively producible plated-through solar cell, or MWT solar cell, with a passivated back. The solar cell substrate used is a silicon substrate.
Vorzugsweise ist die dielektrische Beschichtung unmittelbar auf der rückseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet. Dies ermöglicht eine effiziente Rückseitenpassivierung. Preferably, the dielectric coating is formed directly on the back surface of the solar cell substrate. This allows for efficient backside passivation.
In der Praxis hat es sich bewährt, den Emitter der Solarzelle in den Kontaktlöchern und auf der vollständigen Vorderseite des Solarzellensubstrats anzuordnen. Dies ermöglicht hohe Wirkungsgrade der Solarzelle. In practice, it has been found useful to arrange the emitter of the solar cell in the contact holes and on the complete front side of the solar cell substrate. This enables high efficiencies of the solar cell.
Auf der rückseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats sind abseits der Emitterkontakte Basiskontakte auf der dielektrischen Beschichtung angeordnet. Diese reichen lokal durch die dielektrische Beschichtung hindurch und kontaktieren die Basis der Solarzelle. Derartige lokale Rückkontakte können sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirken. On the back surface of the solar cell substrate, base contacts are disposed on the dielectric coating away from the emitter contacts. These extend locally through the dielectric coating and contact the base of the solar cell. Such local back contacts can have an advantageous effect on the efficiency of the solar cell.
Zur Steigerung des Wirkungsgrads der Solarzelle kann diese auf der Vorderseite mit einer Textur versehen sein. Diese kann beispielsweise mittels eines nasschemischen Ätzvorgangs ausgebildet werden. To increase the efficiency of the solar cell, this can be provided on the front with a texture. This can be formed, for example, by means of a wet-chemical etching process.
Zweckmäßigerweise ist die Solarzelle auf ihrer Vorderseite mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen. Diese kann beispielsweise aus einer Siliziumnitridbeschichtung bestehen. Die auf der Vorderseite der Solarzelle angeordneten Kontaktfinger sind bevorzugt durch die Antireflexionsbeschichtung durchgefeuert. Conveniently, the solar cell is provided on its front with an anti-reflection coating. This can for example consist of a silicon nitride coating. The arranged on the front of the solar cell contact fingers are preferably fired through the anti-reflection coating.
Zur Realisierung der emitterfreien rückseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats sehen
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstigeres Verfahren zur Herstellung durchkontaktierter Solarzellen zur Verfügung zu stellen. Against this background, the object of the present invention is to provide a cost-effective method for producing plated-through solar cells.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche. Advantageous developments are the subject of dependent claims.
Im Zusammenhang mit der Beschreibung der neuartigen Solarzelle vorgenommene Definitionen und Begriffs- sowie sonstige Erläuterungen sind auch auf das nachfolgend beschriebene Verfahren anwendbar. Definitions and definitions as well as other explanations made in connection with the description of the novel solar cell are also applicable to the method described below.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer durchkontaktierten Solarzelle sieht vor, Kontaktlöcher in ein Solarzellensubstrat einzubringen. Ferner wird zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf einer Vorderseite des Solarzellensubstrats Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert. Zudem wird eine dielektrische Beschichtung auf einer Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildet und hierdurch diese Rückseite passiviert. Unter dem Begriff der Passivierung der Rückseite ist dabei in oben dargelegter Weise eine Passivierung von rekombinationsaktiven Oberflächenzuständen auf der Rückseite des Solarzellensubstrats zu verstehen. Bei dem Eindiffundieren von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats wird auf zumindest einem Teil der Rückseite des Solarzellensubstrats Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert und in dieser Weise der Emitter zum Teil auf der Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildet. Bevor die dielektrische Beschichtung auf die Rückseite aufgebracht wird, wird der Emitter vollständig von der Rückseite des Solarzellensubstrats entfernt. Dies bedeutet, dass infolge der Eindiffusion des Dotierstoffs in das Solarzellensubstrat sich auf der Rückseite des Solarzellensubstrats befindende Emitterbestandteile vollständig entfernt werden, ehe die dielektrische Beschichtung auf die Rückseite aufgebracht wird. The method according to the invention for producing a plated-through solar cell provides for introducing contact holes into a solar cell substrate. Further, for the purpose of forming an emitter on a front side of the solar cell substrate, dopant is diffused into the solar cell substrate. In addition, a dielectric coating is formed on a back side of the solar cell substrate and thereby passivated this backside. The term of the passivation of the rear side is to be understood in the manner set forth above as a passivation of recombination-active surface states on the back side of the solar cell substrate. In the diffusion of dopant in the A solar cell substrate for the purpose of forming an emitter on the front side of the solar cell substrate is diffused on at least a part of the back surface of the solar cell substrate dopant into the solar cell substrate, and in this way, the emitter is partly formed on the back surface of the solar cell substrate. Before the dielectric coating is applied to the backside, the emitter is completely removed from the back side of the solar cell substrate. This means that as a result of the diffusion of the dopant into the solar cell substrate, emitter components located on the rear side of the solar cell substrate are completely removed before the dielectric coating is applied to the backside.
Als Emitter, beziehungsweise Emitterbestandteile, auf der Rückseite ist vorliegend jegliche Dotierung auf der Rückseite des Solarzellensubstrats zu verstehen, die vom selben Dotierungstyp ist wie der Emitter und während des Eindiffundierens von Dotierstoff zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats ausgebildet wird. Dabei ist es unerheblich, ob der in die Rückseite des Solarzellensubstrats eindiffundierte Dotierstoff von einer Dotierstoffquelle stammt, welche auf der Rückseite des Solarzellensubstrats angeordnet wurde. Beispielsweise kann eine Dotierstoffquelle für die Emitterausbildung ausschließlich auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats angeordnet werden, Dotierstoff aus dieser Dotierstoffquelle jedoch in seine Gasphase übertreten und auf die Rückseite gelangen, wo er in das Solarzellensubstrat eindiffundiert. Bei solch einem Dotierstoffeintrag in die Rückseite des Solarzellensubstrats handelt es sich ebenfalls um einen Emitterbestandteil, welcher auf der Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildet wurde. In the present case, any emitter or emitter components on the backside are to be understood as any doping on the back side of the solar cell substrate which is of the same doping type as the emitter and formed during the diffusion of dopant for the purpose of forming an emitter on the front side of the solar cell substrate. In this case, it does not matter whether the dopant diffused into the rear side of the solar cell substrate originates from a dopant source which has been arranged on the rear side of the solar cell substrate. For example, a dopant source for the emitter formation can be arranged exclusively on the front side of the solar cell substrate, however, transfer dopant from this dopant source into its gas phase and reach the rear side, where it diffuses into the solar cell substrate. Such a dopant entry into the back side of the solar cell substrate is also an emitter component formed on the back surface of the solar cell substrate.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass auf der Rückseite des Solarzellensubstrats befindliche Emitterbestandteile entfernt werden können, ohne dass hierbei der Emitter auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats in relevantem Umfang beschädigt wird. Eine solche Beschädigung könnte beispielsweise erfolgen, indem ein zum Entfernen des Emitters von der Rückseite des Solarzellensubstrats eingesetztes Ätzmedium auf die Vorderseite des Solarzellensubstrats gelangt, insbesondere durch die Kontaktlöcher hindurch. Ferner hat sich gezeigt, dass die auf der Rückseite des Solarzellensubstrats befindlichen Emitterbestandteile entfernt werden können, ohne dass eine optionale, in den Kontaktlöchern ausgebildete Emitterdotierung in relevantem Umfang beschädigt wird. Bei einer Ausführungsvariante des Verfahrens kann eine Beschädigung dieser Emitterdotierung in den Kontaktlöchern sogar vollständig ausgeschlossen werden. Eine aufwändige Maskierung der Rückseite des Solarzellensubstrats kann daher entgegen der bisherigen Auffassung entfallen. Surprisingly, it has been found that emitter components located on the rear side of the solar cell substrate can be removed without any significant damage being caused to the emitter on the front side of the solar cell substrate. Such damage could, for example, take place by passing an etching medium used for removing the emitter from the rear side of the solar cell substrate to the front side of the solar cell substrate, in particular through the contact holes. Further, it has been found that the emitter components located on the back side of the solar cell substrate can be removed without damaging to a significant extent any optional emitter doping formed in the contact holes. In one embodiment variant of the method, damage to this emitter doping in the contact holes can even be completely ruled out. Complex masking of the back side of the solar cell substrate can therefore be dispensed with contrary to the previous concept.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit aufwandsgünstig durchkontaktierte Solarzellen, beziehungsweise MWT-Solarzellen, mit einer passivierten Rückseite hergestellt werden. Insbesondere kann mit diesem Verfahren die Kantenisolierung bei konventionellen durchkontaktierten Solarzellen mit passivierter Rückseite gewährleistet werden. Mit bislang bei konventionellen durchkontaktierten Solarzellen für die Kantenisolierung eingesetzten, oben beschriebenen Laser-Kantenisolierungsverfahren alleine ist dies nicht möglich. Thus, with the method according to the invention, through-contacting solar cells, or MWT solar cells, can be manufactured with a passivated backside. In particular, with this method, the edge insulation can be ensured in conventional plated-through solar cells with passivated back. However, this is not possible with the above-described laser edge isolation method used in conventional plated-through solar cells for edge insulation alone.
Vorzugsweise wird in den Kontaktlöchern eine Emitterdotierung ausgebildet. Auf diese Weise kann unter anderem die Emitterfläche vergrößert werden. Preferably, an emitter doping is formed in the contact holes. In this way, inter alia, the emitter area can be increased.
Vorteilhafterweise wird die dielektrische Beschichtung im Wesentlichen auf die gesamte Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht. Dies ermöglicht eine weitgehende Passivierung der Rückseite des Solarzellensubstrats. Idealerweise bedeckt die dielektrische Beschichtung bis auf diejenigen Bereiche, in welchen ein Basiskontakt lokal die Rückseite des Solarzellensubstrats kontaktiert, die gesamte rückseitige Oberfläche des Solarzellensubstrats. Vorzugsweise wird die dielektrische Beschichtung unmittelbar auf die Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht. Zum Zwecke der Passivierung der Rückseite kann als dielektrische Beschichtung ein Schichtsystem aufgebracht werden, welches eine Siliziumoxidschicht und/oder eine Siliziumnitridschicht und/oder eine Al2O3-Schicht und/oder eine amorphe Siliziumschicht aufweist. Advantageously, the dielectric coating is applied substantially to the entire backside of the solar cell substrate. This allows a substantial passivation of the back of the solar cell substrate. Ideally, the dielectric coating covers the entire back surface of the solar cell substrate except for those areas where a base contact locally contacts the back side of the solar cell substrate. Preferably, the dielectric coating is applied directly to the back of the solar cell substrate. For the purpose of passivating the rear side, a layer system which has a silicon oxide layer and / or a silicon nitride layer and / or an Al 2 O 3 layer and / or an amorphous silicon layer can be applied as the dielectric coating.
Vorzugsweise wird die dielektrische Beschichtung derart aufgebracht, dass diese in die Kontaktlöcher hineinreicht und die Kontaktlöcher zumindest teilweise auskleidet, wobei vorzugsweise jeweils zumindest die Hälfte einer Wandungfläche des jeweiligen Kontaktlochs von der dielektrischen Beschichtung bedeckt wird. Idealerweise wird die dielektrische Beschichtung derart aufgebracht, dass sie sich in den Kontaktlöchern bis auf die Vorderseite des Solarzellensubstrats erstreckt und somit die Wandungsfläche des jeweiligen Kontaktlochs vollständig bedeckt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn auf das Ausbilden der Emitterdotierung in den Kontaktlöchern verzichtet wird, da auf die beschriebene Weise lokale Kurzschlüsse zumindest teilweise vermieden werden können. Wird in den Kontaktlöchern die Emitterdotierung ausgebildet, kann bei Beschädigungen oder Fehlern der Emitterdotierung die beschriebene teilweise Auskleidung der Kontaktlöcher mit dielektrischem Beschichtungsmaterial ebenfalls zur Verringerung, beziehungsweise Vermeidung, lokaler Kurzschlüsse beitragen, die andernfalls den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle verringern würden. Preferably, the dielectric coating is applied such that it extends into the contact holes and at least partially lines the contact holes, wherein preferably at least half of a wall surface of the respective contact hole is covered by the dielectric coating. Ideally, the dielectric coating is applied such that it extends in the contact holes to the front of the solar cell substrate and thus completely covers the wall surface of the respective contact hole. This is particularly advantageous if it is dispensed with the formation of the emitter doping in the contact holes, since in the manner described local shorts can be at least partially avoided. If the emitter doping is formed in the contact holes, the described partial lining of the contact holes with dielectric coating material can also contribute to reducing or avoiding local short circuits which would otherwise reduce the efficiency of the finished solar cell in the event of damage or errors in the emitter doping.
Vorteilhafterweise wird der Emitter mittels nasschemischen Ätzens vollständig von der Rückseite des Solarzellensubstrats entfernt. Emitterbestandteile, welche im Rahmen des Eindiffundierens von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildet wurden, beispielsweise im Rahmen einer Diffusion aus der Gasphase wie einer POCl3-Diffusion, können auf diese Weise aufwandsgünstig entfernt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt dies durch ein einseitiges Ätzen des Solarzellensubstrats, nämlich der Rückseite des Solarzellensubstrats, in einer Ätzlösung. Zu diesem Zweck kann das Solarzellensubstrat beispielsweise entlang der Oberfläche der Ätzlösung durch diese hindurch bewegt werden. Daneben sind jedoch auch alle anderen Verfahren zum einseitigen nasschemischen Ätzen des Solarzellensubstrats, welches vorzugsweise ein Siliziumsolarzellensubstrat ist, einsetzbar. Advantageously, the emitter is completely removed from the back of the solar cell substrate by means of wet chemical etching. Emitter components which have been formed in the course of the diffusion of dopant into the solar cell substrate for the purpose of forming an emitter on the back of the solar cell substrate, for example in the context of a diffusion from the gas phase such as a POCl 3 diffusion, can be removed in this way at low cost. Appropriately, this is done by a one-sided etching of the solar cell substrate, namely the back of the solar cell substrate, in an etching solution. For this purpose, the solar cell substrate may be moved therethrough, for example, along the surface of the etching solution. In addition, however, all other methods for one-sided wet-chemical etching of the solar cell substrate, which is preferably a silicon solar cell substrate, can be used.
Eine Verfahrensvariante sieht vor, dass die Kontaktlöcher in das Solarzellensubstrat eingebracht werden, bevor zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffundiert wird. Dies ermöglicht es, im Rahmen der genannten Eindiffusion von Dotierstoff die Emitterdotierung in den Kontaktlöchern auszubilden, sodass hierfür kein zusätzlicher Verfahrensschritt erforderlich ist. In der Praxis hat es sich bewährt, die Eindiffusion von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat zum Zwecke des Ausbildens des Emitters mittels einer Diffusion aus der Gasphase zu realisieren, beispielsweise mittels einer POCl3- oder einer BBr3-Röhrendiffusion. Wird gleichzeitig mit der genannten Eindiffusion von Dotierstoff in das Solarzellensubstrat die Emitterdotierung in den Kontaktlöchern ausgebildet, so hat es sich bewährt, zu diesem Zweck Emitterdotierstoff in die gesamte Wandungsfläche der Kontaktlöcher einzudiffundieren. A variant of the method provides that the contact holes are introduced into the solar cell substrate before dopant is diffused into the solar cell substrate for the purpose of forming an emitter on the front side of the solar cell substrate. This makes it possible to form the emitter doping in the contact holes as part of the mentioned diffusion of dopant, so that no additional process step is required for this purpose. In practice, it has proven useful to realize the diffusion of dopant into the solar cell substrate for the purpose of forming the emitter by means of diffusion from the gas phase, for example by means of a POCl 3 or BBr 3 tube diffusion. If the emitter doping in the contact holes is formed simultaneously with the mentioned diffusion of dopant into the solar cell substrate, then it has proven useful for this purpose to diffuse emitter dopant into the entire wall surface of the contact holes.
In der Praxis hat es sich bei allen Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens bewährt, die Kontaktlöcher mittels Laserstrahlverdampfung in das Solarzellensubstrat einzubringen. Grundsätzlich können die Kontaktlöcher jedoch auch auf eine andere Art eingebracht werden. In practice, it has proven in all embodiments of the method according to the invention to introduce the contact holes by means of laser beam evaporation in the solar cell substrate. In principle, however, the contact holes can also be introduced in a different way.
In einer anderen Verfahrensvariante werden die Kontaktlöcher nach dem vollständigen Entfernen des Emitters von der Rückseite des Solarzellensubstrats eingebracht. Dies erfolgt, indem mittels Laserstrahlung das Solarzellensubstrat in Anwesenheit von dotierstoffhaltiger Flüssigkeit lokal verdampft wird. Dabei wird infolge der lokalen Wärmeentwicklung durch die Laserstrahlung Dotierstoff aus der dotierstoffhaltigen Flüssigkeit in Wandungsflächen der Kontaktlöcher eindiffundiert. Auf diese Weise wird die Emitterdotierung in den Kontaktlöchern ausgebildet. Grundsätzlich kann der Dotierstoff auch auf einem anderen Wege als über die dotierstoffhaltige Flüssigkeit bereitgestellt werden, beispielsweise in Form eines dotierstoffhaltigen Gasgemischs oder dotierstoffhaltiger Festkörper oder Pasten. Anstelle der dotierstoffhaltigen Flüssigkeit kann daher allgemein eine beliebige Dotierstoffquelle verwendet werden. Besonders bewährt hat sich jedoch die Verwendung einer dotierstoffhaltigen Flüssigkeit als Dotierstoffquelle. Beispielsweise kann in einer Ausführungsvariante des Verfahrens die Laserstrahlung in einem Flüssigkeitsstrahl geführt werden, der aus der dotierstoffhaltigen Flüssigkeit gebildet ist. In another variant of the method, the contact holes are introduced after the complete removal of the emitter from the rear side of the solar cell substrate. This is done by locally using solar radiation, the solar cell substrate is evaporated in the presence of dopant-containing liquid. In this case, due to the local heat development by the laser radiation dopant from the dopant-containing liquid is diffused into wall surfaces of the contact holes. In this way, the emitter doping is formed in the contact holes. In principle, the dopant can also be provided in a different way than via the dopant-containing liquid, for example in the form of a dopant-containing gas mixture or dopant-containing solids or pastes. Therefore, instead of the dopant-containing liquid, it is generally possible to use any desired dopant source. However, the use of a dopant-containing liquid as dopant source has proven particularly useful. For example, in one embodiment of the method, the laser radiation can be guided in a liquid jet, which is formed from the liquid containing dopant.
Mit dieser Verfahrensvariante kann vollständig verhindert werden, dass die in den Kontaktlöchern ausgebildete Emitterdotierung, welche einen Bestandteil des Emitters darstellt, während des Entfernens des Emitters von der Rückseite angegriffen wird, beispielsweise durch Kapillareffekte. Da die Kontaktlöcher erst nach dem Entfernen des Emitters von der Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht werden, ist dies ausgeschlossen. With this variant of the method, it is possible to completely prevent the emitter doping formed in the contact holes, which is a component of the emitter, from being attacked during the removal of the emitter from the back, for example by capillary effects. Since the contact holes are applied only after the removal of the emitter from the back of the solar cell substrate, this is excluded.
Bei der soeben beschriebenen Verfahrensvariante werden die Kontaktlöcher vorzugsweise in das Solarzellensubstrat eingebracht, bevor zum Zwecke der Passivierung der Rückseite die dielektrische Beschichtung auf die Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht wird. Beeinträchtigungen der dielektrischen Beschichtung infolge des Einbringens der Kontaktlöcher können so vermieden werden. In the method variant just described, the contact holes are preferably introduced into the solar cell substrate before the dielectric coating is applied to the rear side of the solar cell substrate for the purpose of passivating the rear side. Impairment of the dielectric coating due to the introduction of the contact holes can be avoided.
Vorteilhafterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats Kontaktfinger durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste ausgebildet, wobei sich die Kontaktfinger über ein Kontaktloch oder eine Mehrzahl von Kontaktlöchern hinweg erstrecken. Dabei können grundsätzlich alle an sich bekannten Druckverfahren Verwendung finden, vorzugsweise Siebdruckverfahren. Advantageously, in the method according to the invention, contact fingers are formed on the front side of the solar cell substrate by printing on a metal-containing paste, the contact fingers extending over a contact hole or a plurality of contact holes. In principle, all printing methods known per se can be used, preferably screen printing methods.
Nach dem Ausbilden der dielektrischen Beschichtung auf der Rückseite des Solarzellensubstrats können durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste Kontaktmaterial in die Kontaktlöcher eingebracht und Emitterkontakte auf der Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildet werden. Hierbei können wiederum alle an sich bekannten Druckverfahren Verwendung finden, vorzugsweise Siebdruckverfahren. Die Emitterkontakte können in vielfältiger Weise geometrisch gestaltet werden. Beispielsweise können sie in Art von Sammelleitungen, welche häufig als busbars bezeichnet werden, streifenförmig ausgeführt sein. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Emitterkontakte in Form von Kontaktflecken auszubilden, welche häufig als pads bezeichnet werden. Besonders bevorzugt werden in einem gemeinsamen Druckschritt das Kontaktmaterial in die Kontaktlöcher eingebracht und die Emitterkontakte ausgebildet. After forming the dielectric coating on the back surface of the solar cell substrate, by printing a metal-containing paste, contact material can be introduced into the contact holes and emitter contacts formed on the back surface of the solar cell substrate. In turn, all printing methods known per se can be used, preferably screen printing methods. The emitter contacts can be designed geometrically in a variety of ways. For example, in the form of busbars, which are often referred to as busbars, they can be strip-shaped. Furthermore, it is possible to form the emitter contacts in the form of contact pads, which are often referred to as pads. Particularly preferred are in a common Pressure step introduced the contact material in the contact holes and formed the emitter contacts.
Als metallhaltige Paste wird vorzugsweise eine metallhaltige Paste mit geringem Glasfrittegehalt verwendet. In diesem Zusammenhang ist ein Glasfritteanteil dann als gering zu erachten, wenn die Paste bei üblichen Feuerprozessen nicht durch die dielektrische Beschichtung hindurchgefeuert werden kann. Besonders bevorzugt wird für das Kontaktmaterial und die Emitterkontakte eine glasfrittefreie, metallhaltige Paste verwendet. Auf diese Weise kann das Risiko eines Durchfeuerns der aufgedruckten metallhaltigen Paste durch die dielektrische Beschichtung, und damit die Gefahr einer Kurzschlussbildung, erheblich reduziert werden. The metal-containing paste used is preferably a metal-containing paste with a low glass frit content. In this context, a proportion of glass frit is considered to be low if the paste can not be fired through the dielectric coating in conventional fire processes. Particularly preferred for the contact material and the emitter contacts a glass frit free, metal-containing paste is used. In this way, the risk of blasting the printed metal-containing paste through the dielectric coating, and thus the risk of short-circuiting, can be significantly reduced.
Bei einer Verfahrensvariante werden auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats Kontaktfinger ausgebildet durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste. Ferner werden auf der Rückseite des Solarzellensubstrats Basiskontakte zur Kontaktierung der Basis der Solarzelle ausgebildet durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste. Die in die Kontaktlöcher eingebrachte metallhaltige Paste wird sodann zusammen mit der zum Zwecke des Ausbildens der Kontaktfinger aufgebrachten metallhaltigen Paste und zusammen mit der zum Zwecke des Ausbildens der Basiskontakte aufgebrachten metallhaltigen Paste gefeuert. Dieser gemeinsame Feuerschritt ermöglicht eine aufwandsgünstige Prozessführung mit minimierter thermischer Belastung. Das Aufdrucken der metallhaltigen Pasten erfolgt jeweils vorzugsweise mit an sich bekannten Siebdruckverfahren. Sofern die Emitterkontakte, wie oben beschrieben, in einem gemeinsamen Druckschritt mit dem Einbringen des Kontaktmaterials in die Kontaktlöcher ausgebildet werden, werden diese ebenfalls in dem gemeinsamen Feuerschritt gefeuert. In a variant of the method, contact fingers are formed on the front side of the solar cell substrate by printing on a metal-containing paste. Furthermore, base contacts for contacting the base of the solar cell are formed on the back of the solar cell substrate by printing a metal-containing paste. The metal-containing paste introduced into the contact holes is then fired together with the metal-containing paste applied for the purpose of forming the contact fingers and together with the metal-containing paste applied for the purpose of forming the base contacts. This joint firing step enables cost-effective process management with minimized thermal stress. The printing of the metal-containing pastes is in each case preferably carried out by means of screen printing processes known per se. If the emitter contacts, as described above, are formed in a common printing step with the introduction of the contact material in the contact holes, they are also fired in the common firing step.
Grundsätzlich können das in die Kontaktlöcher eingebrachte Kontaktmaterial und die Emitterkontakte auch in einem weiteren Feuerschritt und somit getrennt von den Kontaktfingern und/oder den Basiskontakten gefeuert werden. In diesem Fall werden zunächst die Kontaktfinger und/oder die Basiskontakte aufgedruckt und gefeuert. Nachfolgend werden durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste Kontaktmaterial in die Kontaktlöcher eingebracht und Emitterkontakte auf der Rückseite ausgebildet. Diese werden nachfolgend in einem zweiten, separaten Feuerschritt gefeuert. In principle, the contact material introduced into the contact holes and the emitter contacts can also be fired in a further firing step and thus separated from the contact fingers and / or the base contacts. In this case, first the contact fingers and / or the base contacts are printed and fired. Subsequently, by printing a metal-containing paste contact material is introduced into the contact holes and formed emitter contacts on the back. These are subsequently fired in a second, separate firing step.
Die zum Zwecke des Ausbildens der Kontaktfinger, der Basiskontakte, der Emitterkontakte und zum Einbringen des Kontaktmaterials verwendeten metallhaltigen Pasten sind offensichtlich nicht notwendigerweise die gleichen. Es können jeweils verschiedene metallhaltige Pasten verwendet werden; beispielsweise eine glasfrittefreie metallhaltige Paste zum Ausbilden der Emitterkontakte, eine aluminiumhaltige Paste zum Ausbilden der Basiskontakte und eine Silber und Glasfritte enthaltende Paste zum Ausbilden der Kontakte. The metal-containing pastes used to form the contact fingers, the base contacts, the emitter contacts, and to introduce the contact material are obviously not necessarily the same. In each case different metal-containing pastes can be used; For example, a glass frit-free metal-containing paste for forming the emitter contacts, an aluminum-containing paste for forming the base contacts and a silver and glass frit-containing paste for forming the contacts.
Zum Zwecke der Steigerung des Wirkungsgrades der gefertigten Solarzelle hat es sich bewährt, das Solarzellensubstrat auf seiner Vorderseite zu texturieren, vorzugsweise mittels einer nasschemischen Texturätzlösung, ehe zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats Dotierstoff eindiffundiert wird. For the purpose of increasing the efficiency of the fabricated solar cell, it has been found useful to texture the solar cell substrate on its front side, preferably by means of a wet-chemical texture etching solution, before dopant is doped on the front side of the solar cell substrate for the purpose of forming an emitter.
Vorteilhafterweise wird auf die Vorderseite des Solarzellensubstrats eine Antireflexionsbeschichtung aufgebracht. Dies erfolgt vorzugsweise vor dem Ausbilden der Kontaktfinger. Advantageously, an antireflection coating is applied to the front side of the solar cell substrate. This is preferably done prior to forming the contact fingers.
Besonders bevorzugt wird als Solarzellensubstrat ein Siliziumsolarzellensubstrat, insbesondere ein kristallines Solarzellensubstrat verwendet. Particularly preferably, a silicon solar cell substrate, in particular a crystalline solar cell substrate, is used as the solar cell substrate.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt – auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Verfahren des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Es zeigen: Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to figures. Where appropriate, elements having the same effect here are given the same reference numbers. The invention is not limited to the embodiments shown in the figures - not even in terms of functional features. The previous description as well as the following description of the figures contain numerous features, which are reproduced in the dependent subclaims in part to several summarized. However, those features as well as all the other features disclosed above and in the following description of the figures will also be considered individually by the person skilled in the art and put together to form meaningful further combinations. In particular, these features can be combined individually and in any suitable combination with the method of the independent claim. Show it:
Die auf der Rückseite des Solarzellensubstrats
Auf einer Vorderseite der Solarzelle
Wie die schematische Teilschnittdarstellung der
Dadurch, dass die rückseitige Oberfläche
Wie aus
Ferner ist auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats
Die in
Das Verfahren gemäß der
Im Weiteren erfolgt eine Emitterdiffusion, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Gasphasendiffusion realisiert ist, beispielsweise eine POCl3- oder eine BBr3-Röhrendiffusion. Bei dieser wird der Emitter auch auf der rückseitigen Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet. Da zum Zeitpunkt der Emitterdiffusion
Dieser wird in einem nachfolgenden Ätzschritt
Im Weiteren wird zur Passivierung der Rückseite des Solarzellensubstrats eine dielektrische Beschichtung auf die Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht
Hieran schließt sich eine Siliziumnitridabscheidung
Im Weiteren werden in einem gemeinsamen Siebdruckschritt
Des Weiteren werden durch Siebdrucken einer metallhaltigen Paste, im Falle eines p-dotierten Solarzellensubstrats, beispielsweise einer aluminiumhaltigen Paste, Basiskontakte siebgedruckt
Im Weiteren werden mittels Siebdruck
Das Einbringen
Im Weiteren schließen sich die bereits im Zusammenhang mit der
Die Metallisierung erfolgt, indem zunächst analog wie in
Die in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Einbringen von Kontaktlöchern mittels Laser Introduction of contact holes by means of laser
- 12 12
- Texturätzen Texturätzen
- 14 14
- Emitterdiffusion emitter diffusion
- 16 16
- Abätzen Emitter von Rückseite Etch emitter from the back
- 18 18
- Rückseitenpassivierung mittels dielektrischer Beschichtung Backside passivation by means of dielectric coating
- 20 20
- Siliziumnitridabscheidung auf Vorderseite Silicon nitride deposition on front side
- 22 22
- Siebdrucken Emitterkontakte und Einbringen Siebdruckpaste in Kontaktlöcher Screen printing emitter contacts and applying screen printing paste in contact holes
- 24 24
- Siebdrucken Basiskontakte Screen printing base contacts
- 26 26
- Siebdruck Kontaktfinger auf Vorderseite Screen print contact fingers on front
- 28 28
- Feuern To fire
- 30 30
- Einbringen von Kontaktlöchern mittels Laser in Anwesenheit dotierstoffhaltiger Flüssigkeit und Ausbildung Emitterdotierung in Kontaktlöchern Introduction of contact holes by means of laser in the presence of dopant-containing liquid and formation emitter doping in contact holes
- 32 32
- Feuern Kontaktfinger und Basiskontakte Fire contact fingers and base contacts
- 34 34
- Feuern Emitterkontakte und Siebdruckpaste in KontaktlöchernFire emitter contacts and screen printing paste in contact holes
- 50 50
- Solarzelle solar cell
- 52 52
- Solarzellensubstrat solar cell substrate
- 54 54
- Kontaktloch contact hole
- 56 56
- Kontaktmaterial Contact material
- 58 58
- Kontaktfinger contact fingers
- 60 60
- Emitterkontakt emitter contact
- 62 62
- Emitter emitter
- 64 64
- Siliziumnitridschicht silicon nitride
- 66 66
- Basis Base
- 68 68
- dielektrische Beschichtung dielectric coating
- 70 70
- Solarzelle solar cell
- 72 72
- rückseitige Oberfläche back surface
- 76 76
- glasfrittefreie, metallhaltige und gefeuerte Paste glass frit-free, metal-containing and fired paste
- 78 78
- Kontaktfinger contact fingers
- 80 80
- Emitterkontakt emitter contact
- 82 82
- Emitter emitter
- 84 84
- Emitterdotierung emitter doping
- 88 88
- dielektrische Beschichtung dielectric coating
- 90 90
- Basiskontakt base contact
- 91 91
- Rückseitenfeld Back surface field
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Konferenz SiliconPV, die vom 17. bis 20. April 2011 in Freiburg, Deutschland, stattfand wurde jedoch von Benjamin Thaidigsmann et al. eine neuartige Solarzelle vorgestellt unter dem titel „HIP-MWT: A simplified structure for metal wrap through solar cells with passivated rear surface“ [0006] Conference SiliconPV, which took place from 17 to 20 April 2011 in Freiburg, Germany, was, however, by Benjamin Thaidigsmann et al. a novel solar cell presented under the title "HIP-MWT: A simplified structure for metal wrap through solar cells with passivated rear surface" [0006]
- Thaidigsmann et al. [0019] Thaidigsmann et al. [0019]
Claims (12)
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Konferenz SiliconPV, die vom 17. bis 20. April 2011 in Freiburg, Deutschland, stattfand wurde jedoch von Benjamin Thaidigsmann et al. eine neuartige Solarzelle vorgestellt unter dem titel "HIP-MWT: A simplified structure for metal wrap through solar cells with passivated rear surface" |
Thaidigsmann et al. |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20140308 |