DE102011052916A1 - Method for manufacturing back-contact solar cell e.g. wafer solar cell, involves contacting solar cell with n-type base region having doping gradient of thermal donor by emitter contact and base contact - Google Patents
Method for manufacturing back-contact solar cell e.g. wafer solar cell, involves contacting solar cell with n-type base region having doping gradient of thermal donor by emitter contact and base contact Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011052916A1 DE102011052916A1 DE102011052916A DE102011052916A DE102011052916A1 DE 102011052916 A1 DE102011052916 A1 DE 102011052916A1 DE 102011052916 A DE102011052916 A DE 102011052916A DE 102011052916 A DE102011052916 A DE 102011052916A DE 102011052916 A1 DE102011052916 A1 DE 102011052916A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- wafer
- solar cell
- contact
- thermal donors
- emitter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 59
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 36
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 18
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 7
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 111
- 230000008569 process Effects 0.000 description 28
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 27
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 20
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 20
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 10
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 8
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 4
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N Hydrogen atom Chemical compound [H] YZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229930091051 Arenine Natural products 0.000 description 1
- 244000287680 Garcinia dulcis Species 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009918 complex formation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
- H01L31/188—Apparatus specially adapted for automatic interconnection of solar cells in a module
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
- H01L31/0288—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
- H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
- H01L31/0516—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module specially adapted for interconnection of back-contact solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
- H01L31/0682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic System
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1864—Annealing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Solarzellen-Herstellungsverfahren und eine Wafersolarzelle. The invention relates to a solar cell manufacturing method and a wafer solar cell.
Um Rekombinationsverluste an Oberflächen von Wafersolarzellen zu verringern und dadurch die Effizienz der Solarzellen zu steigern, wird bei p-Typ Silizium basierten Solarzellen mit vorderseitig eindiffundiertem Emitter gegenwärtig rückseitig, das heißt auf der Licht abgewandten Seite der Solarzelle, ein sogenanntes Rückseitenfeld erzeugt. Hierzu wird in der Regel eine Metallpaste (also eine metallhaltige Paste), häufig eine aluminiumhaltige Paste, auf die rückseitige Halbleiteroberfläche aufgetragen. In einem sogenannten Feuerschritt wird der Wafer anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, wodurch Aluminium in die Zellrückseite eindiffundiert und in einem Oberflächenbereich die Dotierkonzentration im Vergleich zur Basisdotierkonzentration erhöht wird. Dieser Oberflächenbereich wird als Rückseitenfeld oder Back-Surface-Field (BSF) bezeichnet. Aus der Metallpaste entsteht beim Feuerschritt außerdem die rückseitige Metallisierung. In order to reduce recombination losses on surfaces of wafer solar cells and thereby increase the efficiency of the solar cells, in the case of p-type silicon-based solar cells with an emitter diffused on the front, a so-called back field is currently produced on the back, that is to say on the side of the solar cell facing away from the light. For this purpose, a metal paste (ie a metal-containing paste), often an aluminum-containing paste, is usually applied to the backside semiconductor surface. In a so-called firing step, the wafer is subsequently subjected to a heat treatment, whereby aluminum is diffused into the cell back and in a surface area the doping concentration is increased in comparison to the base doping concentration. This surface area is referred to as the backface field or back-surface field (BSF). The metallurgical paste also forms the metallization on the firing step.
Alternativ kann bei Solarzellen mit rückseitigem Emitter vorderseitig, das heißt lichteinfallseitig, ein sogenanntes Vorderseitenfeld erzeugt werden. Ein solches Vorderseitenfeld, auch Front-Surface-Field (FSF) genannt, wird bei auf n-Typ basierenden Solarzellen beispielsweise mittels vorderseitiger Eindiffusion von Dotierstoffen wie Phosphor erzeugt. Alternatively, in the case of solar cells having a backside emitter on the front side, that is to say on the light incident side, a so-called front side field can be produced. Such a front surface field, also called front-surface-field (FSF), is produced in n-type solar cells, for example by means of front-side diffusion of dopants such as phosphorus.
Sowohl das Rückseitenfeld als auch das Vorderseitenfeld dienen durch die Anhebung der Dotierkonzentration und der damit verbundenen Reduktion von Minoritätsladungsträgern dazu, die Rekombinationswahrscheinlichkeit an der jeweiligen Oberfläche zu reduzieren. Gleichzeitig wirken hohe Dotierkonzentrationen der Rückseiten-/Vorderseitenfelder aber auch als Rekombinationszentren, welche die Rekombinationsverluste im hochdotierten Halbleitervolumen erhöhen. Außerdem steigt auch die Rekombinationswahrscheinlichkeit der noch vorhandenen Minoritäten an der hochdotierten Halbleiteroberfläche im Vergleich zu geringer dotierten Oberflächen. Both the back surface field and the front surface field serve to reduce the recombination probability at the respective surface by increasing the doping concentration and the associated reduction of minority charge carriers. At the same time, high doping concentrations of the back / front fields also act as recombination centers, which increase the recombination losses in the heavily doped semiconductor volume. In addition, the recombination probability of the remaining minorities on the highly doped semiconductor surface also increases compared to less doped surfaces.
Im Gegensatz zu oberflächenpassivierenden Maßnahmen, die freie Siliziumbindungen (die als Rekombinationszentren wirken) absättigen, sind solche BSF oder FSF besonders stabil gegen äußere Einflüsse wie z.B. UV-Bestrahlung und können dadurch die Passivierwirkung langfristig gewährleisten. Zudem werden hierdurch an der jeweiligen Oberfläche der laterale Serienwiderstand und damit zusammenhängende Verluste vermindert. BSF und FSF haben jedoch den Nachteil, dass die Reduzierung des lateralen Serienwiderstandes nur auf wenige Mikrometer Tiefe erzielt werden kann, da die Eindringtiefe des Rückseiten- beziehungsweise Vorderseitenfeldes durch die geringen Diffusionsgeschwindigkeiten der Dotierstoffe und die daraus resultierende große Dauer der Herstellungsprozesse begrenzt ist. Zwar können die Diffusionszeiten durch eine Temperaturanhebung reduziert werden, gleichzeitig steigt dadurch aber auch die Gefahr der Erzeugung von Defekten im Substratmaterial. In contrast to surface passivating reactions which saturate free silicon bonds (which act as recombination centers), such BSF or FSF are particularly stable against external influences such as e.g. UV irradiation and can thus ensure the passivation in the long term. In addition, this reduces the lateral series resistance and associated losses on the respective surface. However, BSF and FSF have the disadvantage that the reduction of the lateral series resistance can only be achieved to a few micrometers depth, since the penetration depth of the rear side or front side field is limited by the low diffusion rates of the dopants and the resulting long duration of the production processes. Although the diffusion times can be reduced by raising the temperature, at the same time the danger of producing defects in the substrate material increases as a result.
Innerhalb hochdotierter Bereiche des BSF bzw. FSF driften die Minoritätsladungsträger entlang des Dotiergradienten aus dem BSF bzw. FSF heraus in das Basismaterial hinein. Within highly doped regions of the BSF or FSF, the minority carriers drift out of the BSF or FSF into the base material along the doping gradient.
Es ist bekannt, mittels eines Gradienten aus thermischen Donatoren in p-Typ Silizium einen pn-Übergang zu erzeugen. Die Herstellung einer Solarzelle mit einem derartigen Gradienten wird beispielsweise beschrieben in der
Wie der Name schon andeutet, handelt es sich bei den thermischen Donatoren um Donatoren, die also eine n-Leitung des Halbleiters bewirken. Der Gradient aus thermischen Donatoren wird so eingestellt, dass aufgrund der hohen Donatorendichte an der Halbleiteroberfläche eine Leitungstypinversion und damit ein pn-Übergang entsteht, der als photovoltaisch aktiver Übergang der Solarzelle dient. Anschließend wird vorderseitig ein isotyper Heteroübergang erzeugt und die fertige Wafersolarzelle beidseitig kontaktiert. Dazu wird auf das, durch die thermischen Donatoren erzeugte n-Typ Silizium amorphes n-Typ Silizium abgeschieden. As the name implies, the thermal donors are donors, which cause an n-conduction of the semiconductor. The gradient of thermal donors is adjusted so that due to the high donor density on the semiconductor surface, a conductivity inversion and thus a pn junction is formed, which serves as a photovoltaic active transition of the solar cell. Subsequently, an isotopic heterojunction is produced on the front side and the finished wafer solar cell is contacted on both sides. For this purpose, amorphous n-type silicon is deposited on the n-type silicon generated by the thermal donors.
Befindet sich ein Ladungsträger in einem Dotiergradienten, dann findet zusätzlich zur Ladungsträgerdiffusion ein Ladungsträgerdrift entlang des Dotiergradienten statt. Dadurch können größere Ladungsträger-Diffusionslängen erreicht werden, als ohne Gradienten. If a charge carrier is located in a doping gradient, a charge carrier drift along the doping gradient takes place in addition to the charge carrier diffusion. As a result, larger carrier diffusion lengths can be achieved than without gradients.
Dieser bekannte Stand der Technik hat den Nachteil, dass durch den Gradienten der thermischen Donatoren sowohl der photovoltaisch aktive Übergang als auch das Driftfeld im Halbleitervolumen bestimmt werden. Diese beiden Mechanismen sind in diesem Fall nicht getrennt steuerbar. Es besteht beispielsweise die Gefahr, dass nicht ganzflächig hinreichend viele thermische Donatoren erzeugt werden um ganzflächig einen pn-Übergang zu erzeugen, was entweder zusätzlich das verwendete amorphe n-Typ Silizium erforderlich macht oder nach der Kontaktierung Kurzschlüsse zwischen den beiden vorhandenen p- und n-Typ Bereichen zur Folge hat. This known prior art has the disadvantage that due to the gradient of the thermal Donors both the photovoltaic active junction and the drift field in the semiconductor volume can be determined. These two mechanisms are not separately controllable in this case. For example, there is the danger that not enough surface area of sufficient thermal donors are generated to produce a pn junction over the whole area, which either additionally requires the amorphous n-type silicon used or, after contacting, short-circuits between the two existing p and n types. Type areas entails.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Solarzellen-Herstellungsverfahren und eine Wafersolarzelle bereitzustellen, mit der ein größerer Parameterbereich für Driftfeld und photovoltaisch aktiver Übergang mittels einer einzelnen Technologie ergründet werden kann. It is therefore an object of the invention to provide a solar cell manufacturing method and a wafer solar cell with which a larger parameter range for drift field and photovoltaic active junction can be detected by means of a single technology.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Solarzellen-Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Wafersolarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. The object is achieved by a solar cell manufacturing method having the features of
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, in einem n-Typ Siliziumwafer intrinsisch vorhandenen Sauerstoff zu nutzen, um ausgehend von einer Waferoberfläche einen Gradienten aus thermischen Donatoren zu erzeugen. Hierzu wird in die Waferoberfläche atomarer Wasserstoff eingebracht. Dies kann mittels einer Implantation, mittels einer Wasserstoffdiffusionsquelle oder mittels einer Plasmabehandlung mit Wasserstoffplasma und bei allen Verfahren gegebenenfalls einer gleichzeitigen und / oder nachfolgenden Wärmebehandlung erfolgen. Mit diesem Vorgehen wird erreicht, in Driftfeldern, die mit Hilfe von thermischen Donatoren erzeugt wurden, die Ladungsträgerdiffusionslänge in Richtung des Gradienten, und/oder die Querleitfähigkeit in den durch die thermischen Donatoren erzeugten höher dotierten Bereichen, zu erhöhen. Die thermischen Donatoren können hierbei von einer vorderseitigen beziehungsweise lichteinfallseitigen Waferoberfläche, also eine Waferoberfläche, welche in der späteren Solarzelle dem einfallenden Licht zugewandt ist, oder von einer der vorderseitigen Waferoberfläche entgegengesetzten lichtabgewandten Waferoberfläche ausgehend im Siliziumwafer erzeugt werden. The invention is based on the idea of using intrinsically present oxygen in an n-type silicon wafer in order to generate a gradient of thermal donors starting from a wafer surface. For this purpose, atomic hydrogen is introduced into the wafer surface. This can take place by means of an implantation, by means of a hydrogen diffusion source or by means of a plasma treatment with hydrogen plasma and, if appropriate, in all processes a simultaneous and / or subsequent heat treatment. With this approach it is achieved, in drift fields generated by means of thermal donors, to increase the charge carrier diffusion length in the direction of the gradient, and / or the transverse conductivity in the higher doped regions generated by the thermal donors. In this case, the thermal donors can be generated starting from a front side or light incident side wafer surface, ie a wafer surface facing the incident light in the later solar cell, or from a wafer surface facing away from the front side wafer surface in the silicon wafer.
Bei der Wärmebehandlung, auch als Tempern bezeichnet, wird der Halbleiterwafer auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt, beispielsweise in einem Temperaturbereich zwischen 300 und 900°C, besser zwischen 350°C und 500°C, bevorzugt zwischen 400°C und 450°C. In the heat treatment, also referred to as annealing, the semiconductor wafer is heated to a suitable temperature, for example in a temperature range between 300 and 900 ° C, more preferably between 350 ° C and 500 ° C, preferably between 400 ° C and 450 ° C.
Bei den thermischen Donatoren handelt es sich um Strukturen im Halbleiterkristallgitter, welche sich aus dem intrinsisch vorhandenen Sauerstoff unter Einfluss von Wasserstoff bilden. Der Wasserstoff wirkt hierbei als Katalysator für die Erzeugung der thermischen Donatoren. The thermal donors are structures in the semiconductor crystal lattice, which are formed from the intrinsic oxygen under the influence of hydrogen. The hydrogen acts as a catalyst for the generation of thermal donors.
Es gibt eine Reihe von thermischen Donatoren in Silizium, die bei unterschiedlichen Temperaturen erzeugt werden und bei höheren wieder zerstört werden. Die für die praktische Anwendung relevantesten Formen der thermischen Donatoren entstehen bei einer Tempertemperatur von etwa 400°C und werden bei einer anschließenden Aufwärmung auf 550°C und mehr wieder inaktiv. Die letztgenannte Temperatur kann für diese Art thermischer Donatoren also als eine kritische Temperatur angesehen werden. Allerdings sind kurze Aufheizzeiten über diese Temperatur hinaus nicht unbedingt schädlich, da bei Überschreiten der Temperatur nicht automatisch alle thermischen Donatoren zerstört werden sondern die Zerstörung sukzessive mit der Zeit erfolgt. There are a number of thermal donors in silicon that are generated at different temperatures and are destroyed at higher temperatures. The most relevant forms of thermal donors for practical use are produced at a tempering temperature of about 400 ° C and become inactive again in a subsequent warming to 550 ° C and more. The latter temperature can therefore be regarded as a critical temperature for this type of thermal donors. However, short heat-up times beyond this temperature are not necessarily detrimental because when the temperature is exceeded, not all thermal donors are destroyed automatically, but the destruction takes place successively over time.
Nachfolgend werden Verfahrensschritte, bei denen der Halbleiterwafer unterhalb dieser kritischen Temperatur verbleibt, als Niedertemperaturschritte bezeichnet. Demgegenüber werden Verfahrensschritte, bei denen der Halbleiterwafer die kritische Temperatur überschreitet, als Hochtemperaturschritte bezeichnet. Die kritische Temperatur zwischen Nieder- und Hochtemperatur ist somit ebenfalls von den obigen Parametern des Herstellungsverfahrens der thermischen Donatoren abhängig. Von hoher praktischer Relevanz für Wafersolarzellen sind insbesondere Gradienten aus thermischen Donatoren mit einer kritischen Temperatur von etwa 550°C oder 600°C. Bei den genannten Temperaturen handelt es sich um eine über den Siliziumwafer oder über der jeweiligen Waferoberfläche verteilten Temperaturmittelwert. Beispielsweise können bei der Herstellung von Durchbohrungen durch den Wafer, bei Ablations- oder bei Dotierprozessen mittels Laserbestrahlung bei der Herstellung von Emitter-Wrap-Through-Solarzellen (EWT-Solarzellen), beim Abtragen von Oberflächenbeschichtungen oder bei lokalen Dotierprozessen wie beispielsweise Laserdoping oder laserchemische Bearbeitung (Laser Chemical Processing, kurz LCP) lokal viel höhere Temperaturen entstehen. Trotzdem handelt es sich häufig auch hier um ein Niedertemperaturschritt, da der Wafer im mittel kaum aufgewärmt wird. In the following, method steps in which the semiconductor wafer remains below this critical temperature are referred to as low-temperature steps. In contrast, method steps in which the semiconductor wafer exceeds the critical temperature are referred to as high-temperature steps. The critical temperature between low and high temperature is thus also dependent on the above parameters of the method of preparation of the thermal donors. In particular, gradients of thermal donors with a critical temperature of about 550 ° C. or 600 ° C. are of high practical relevance for wafer solar cells. The temperatures mentioned are a mean temperature distributed over the silicon wafer or over the respective wafer surface. For example, in the production of through holes through the wafer, in ablation or doping processes by means of laser irradiation in the manufacture of emitter wrap-through solar cells (EWT solar cells), in the removal of surface coatings or in local doping processes such as laser doping or laser chemical processing (Laser Chemical Processing, short LCP) locally much higher temperatures arise. Nevertheless, this is often also a low-temperature step, since the wafer is hardly warmed up on average.
Das gesamte Solarzellen-Herstellungsverfahren umfasst neben der Erzeugung eines photovoltaisch aktiven Überganges für die Solarzelle die Erzeugung des Dotiergradienten aus thermischen Donatoren in dem n-Typ Halbleiterwafer. Es ist hierbei zu beachten, dass der aktive Übergang in einem getrennten Verfahrensschritt oder örtlich separat von dem Gradienten thermischer Donatoren erzeugt werden kann, und nicht aufgrund oder mittels der Erzeugung des Gradienten der thermischen Donatoren. Mit anderen Worten, entweder wird der photovoltaisch aktive Übergang erzeugt, nachdem die thermischen Donatoren bereits gebildet wurden, oder der Dotiergradient aus thermischen Donatoren wird im Anschluss an die Erzeugung des aktiven Überganges im Halbleiter gebildet. In bestimmten Ausführungsformen können sich jedoch auch Teilschritte für die Erzeugung des thermischen Gradienten einerseits und für die Erzeugung des aktiven Überganges andererseits zumindest teilweise zeitlich Überlagern. The entire solar cell fabrication process includes, in addition to creating a photovoltaic active junction for the solar cell, generation of the doping gradient from thermal donors in the n-type semiconductor wafer. It should be noted here that the active transition can be generated in a separate process step or locally separate from the gradient of thermal donors and not due to or by the generation of the gradient of the thermal donors. In other words, either the photovoltaically active junction is created after the thermal donors have already been formed, or the doping gradient of thermal donors is formed in the semiconductor following the creation of the active junction. In certain embodiments, however, sub-steps for the generation of the thermal gradient on the one hand and for the generation of the active transition on the other hand, at least partially overlap in time.
Die Erzeugung des Gradienten thermischer Donatoren ist jedoch in jedem Fall nicht notwendig dafür, dass der aktive Übergang entsteht, wie dies bei der einleitend beschriebenen Publikation „Increased Efficiencies...“ des Erfinders der Fall ist. Die umgekehrte Abhängigkeit (während der Erzeugung des pn-Übergangs entsteht der Gradient thermischer Donatoren, bzw. ein Teil davon) ist jedoch denkbar, wenn während der Bildung des pn-Übergangs oder allgemein eines photovoltaisch aktiven Übergangs, welcher beispielsweise auch ein Metall-Isolator-Halbleiter-Kontakt (MIS-Kontakt) sein kann, bei einem Erwärmungsschritt, der in diesem Moment nur als Temperprozess für die Bildung des MIS-Kontakts dient, zuvor eingebrachter Wasserstoff aktiviert wird. However, the generation of the gradient of thermal donors is in any case not necessary for the active transition to occur, as is the case in the inventor's publication "Increased Efficiencies ..." described in the introduction. The reverse dependence (during the generation of the pn junction, the gradient of thermal donors, or a part thereof) is, however, conceivable if, during the formation of the pn junction or in general a photovoltaically active junction, which, for example, a metal-insulator Semiconductor contact (MIS contact), in a heating step, which serves at this moment only as annealing process for the formation of the MIS contact, previously introduced hydrogen is activated.
Schließlich muss die so erzeugte Solarzelle an Emitter und Basis kontaktiert werden. Hierbei sind sowohl ausschließlich rückseitenkontaktierte Solarzellen sinnvoll, bei denen sowohl der Emitterkontakt als auch der Basiskontakt auf der Solarzellenrückseite gebildet sind, wie auch beidseitig kontaktierte Solarzellen, bei denen der Emitterkontakt vorderseitig, also lichteinfallseitig, gebildet ist, und der Basiskontakt rückseitig, oder anders herum. Bei bifacialen Solarzellen, also bei Solarzellen, welche auch rückseitig einfallendes Licht in elektrische Energie umwandeln können, spricht man anstelle von einer lichtabgewandten Rückseite auch von einer von der Sonne abgewandten Rückseite. Weitere Verfahrensschritte können in diesem Herstellungsprozess integriert sein, beispielsweise Ätzprozesse, Texturierung oder die Abscheidung von Passivierungsschichten, von Antireflexionsschichten und dergleichen. Finally, the solar cell thus produced must be contacted at the emitter and base. Here, both exclusively back-contacted solar cells are useful in which both the emitter contact and the base contact are formed on the back of the solar cell, as well as both sides contacted solar cells in which the emitter contact on the front side, so light incidence side is formed, and the base contact back, or vice versa. In bifacial solar cells, ie in solar cells, which can also convert incident light into electrical energy, one speaks instead of a back side facing away from the light also from a rear side facing away from the sun. Further method steps may be integrated in this production process, for example etching processes, texturing or the deposition of passivation layers, antireflection layers and the like.
Da thermische Donatoren, wie vorangehend erläutert, zerstört beziehungsweise inaktiv werden können, wenn der Wafer einem Hochtemperaturschritt ausgesetzt wird, sollte in Ausführungsformen, bei denen solche Hochtemperaturschritte vorgesehen sind, der Gradient thermischer Donatoren nach dem Durchführen sämtlicher Hochtemperaturschritte erzeugt werden, so dass keine weiteren Hochtemperaturschritte folgen. In diesem Fall werden nach dem Herstellen des Gradienten thermischer Donatoren also nur noch Niedertemperaturschritte durchgeführt, beispielsweise Sputtern, Plasmaabscheidungen, galvanische Abscheidungsverfahren und dergleichen. Das bedeutet, dass nach dem Erzeugen des Dotiergradienten aus thermischen Donatoren die Temperatur in dem Bereich des Halbleiterwafers in dem sich die thermischen Donatoren befinden in Wesentlichen an jedem Punkt unterhalb der oben erläuterten kritischen Temperatur bleibt. Ausnahmen können hierbei wie vorangehend angesprochen Laserprozesse und kurze Temperprozesse darstellen. Laserprozesse erhitzen den Wafer nur sehr kurzzeitig und lokal weit über die kritische Temperatur. Insbesondere Prozesse wie das Laser Chemical Prozessing, bei dem der Laserstrahl in einem Flüssigkeitsstrahl geleitet wird, sind aufgrund der lokalen Kühlung durch die Flüssigkeit dafür besonders geeignet. Ein weiteres Beispiel für das Tempern über die kritische Temperatur stellt das Feuern der Metallkontakte von Standardsolarzellen dar, bei dem die Zelle nur für etwa eine Minute die kritische Temperatur übersteigt und nur einige Sekunden wärmer als 600°C wird. Since thermal donors, as discussed above, may be destroyed when the wafer is exposed to a high temperature step, in embodiments incorporating such high temperature steps, the gradient of thermal donors should be generated after performing all high temperature steps such that no further high temperature steps are involved consequences. In this case, after producing the gradient of thermal donors, only low-temperature steps are carried out, for example sputtering, plasma depositions, electrodeposition processes and the like. That is, after generating the doping gradient from thermal donors, the temperature in the region of the semiconductor wafer in which the thermal donors are located remains substantially at any point below the critical temperature discussed above. Exceptions can be laser processes and short annealing processes as mentioned above. Laser processes heat the wafer only very briefly and locally far above the critical temperature. In particular, processes such as laser chemical processing, in which the laser beam is passed in a liquid jet, are particularly suitable because of the local cooling by the liquid. Another example of tempering above critical temperature is firing the metal contacts of standard solar cells, where the cell only exceeds the critical temperature for about one minute and only gets warmer than 600 ° C for a few seconds.
Bei der Anwendung einer Plasmaabscheidung nach dem Herstellen des Gradienten thermischer Donatoren handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform, beispielsweise bei der Herstellung von Solarzellen umfassend einen Heteroübergang mit intrinsischer Dünnschicht (sogenannte HIT-Solarzellen, HIT – Heterojunction with Intrinsic Thin layer). The application of a plasma deposition after the formation of the gradient of thermal donors is a preferred embodiment, for example in the production of solar cells comprising an intrinsic thin film heterojunction (so-called HIT solar cells, HIT heterojunction with intrinsic thin layer).
Wie vorangehend erläutert, können sich in bestimmten Ausführungsformen Verfahrensschritte, welche für die Bildung des Gradienten thermischer Donatoren notwendig sind, mit Verfahrensschritten zumindest überlagern, welche für die Bildung des photovoltaisch aktiven Überganges bestimmt sind. Dies gilt jedoch allgemein auch für Verfahrensschritte anderer Prozesse bei der Herstellung der Solarzelle. Beispielsweise kann die Erhöhung der Temperatur des Wafers während der Aufbringung eines Nitrids für als Antireflexionsschicht gleichzeitig für den Temperschritt zur Erzeugung der thermischen Donatoren eingesetzt werden. Ferner kann eine funktionelle Schicht wie eben eine derartige Antireflexionsschicht als Quelle oder anteilige Quelle für den in den Wafer einzubringenden Wasserstoff dienen. As explained above, in certain embodiments, process steps necessary for the formation of the gradient of thermal donors may at least be superimposed with process steps intended for the formation of the photovoltaically active transition. However, this generally also applies to method steps of other processes in the manufacture of the solar cell. For example, increasing the temperature of the wafer during the deposition of a nitride may be used as an antireflection layer simultaneously for the annealing step to create the thermal donors. Further, a functional layer such as such an antireflection layer may serve as a source or pro-rata source of the hydrogen to be introduced into the wafer.
Die mittels des hier beschriebenen Verfahrens hergestellte Wafersolarzelle weist einen n-Typ Basisbereich mit einem Basiskontakt zum Sammeln von Strom aus dem Basisbereich auf, sowie einen photovoltaisch aktiven Übergang. Bei dem aktiven Übergang kann es sich insbesondere um einen der folgenden Strukturen handeln: Ein pn-Übergang, bei dem ein Emitter mittels Diffusion von Dotanden im Wafer gebildet ist; ein Hyperabrupt-Übergang, bei dem ein mittels Abscheidung, beispielsweise mittels Epitaxie erzeugter Emitter vorliegt, welcher den gleichen Bandabstand aufweist, wie die Basis (epi-Kontakt); ein Heteroübergang, beispielsweise in Form einer amorphen Siliziumschicht mit Wasserstoffdotierung in Kontakt mit einer kristallinen Siliziumschicht (abgekürzt als a-Si:H/c-Si Heteroübergang beschreibbar) oder in Form eines Heteroüberganges mit intrinsischer amorpher Zwischenschicht (auch als HIT-Übergang bezeichnet); oder ein Metall-Isolator-Halbleiter-Übergang, auch als MIS-Struktur bezeichnet, was für „metal insulator semiconductor“ steht. The wafer solar cell manufactured by the method described herein has an n-type base region with a base contact for collecting current from the base region, and a photovoltaic active junction. In particular, the active transition can be one of the following structures: a pn junction in which an emitter is formed by diffusion of dopants in the wafer; a hyperabrupt transition in which there is an emitter produced by deposition, for example by epitaxy, which has the same band gap as the base (epi contact); a heterojunction, for example in the form of an amorphous silicon layer with hydrogen doping in contact with a crystalline one Silicon layer (abbreviated as a-Si: H / c-Si heterojunction describes) or in the form of a heterojunction with intrinsic amorphous intermediate layer (also referred to as HIT transition); or a metal-insulator-semiconductor junction, also referred to as MIS structure, which stands for "metal insulator semiconductor".
Der pn-Übergang erstreckt sich hierbei nicht zwangsläufig über die gesamte Fläche einer Waferoberfläche und kann auch lokal unterschiedlich ausgestaltet sein. Dies bezieht sich nicht nur auf rückseitenkontaktierte Solarzellen mit rückseitigem Emitter bei denen Emitter und Basis rückseitig kontaktiert sind, sondern auch beidseitig kontaktierte Solarzellen mit lokalen Emitternbereichen und/oder lokaler Kontaktierung, die dann beispielsweise durch eine dielektrische Beschichtung erfolgt. Auch die Kontaktieung der Basis kann lokal ausgeführt sein und/oder Basisbereiche aufweisen die von einer dielektrischen Schicht bedeckt sind. In this case, the pn junction does not necessarily extend over the entire surface of a wafer surface and can also be embodied locally differently. This does not only apply to back-contacted solar cells with back emitter in which emitter and base are contacted on the back, but also contacted on both sides of solar cells with local emitter areas and / or local contact, which then takes place for example by a dielectric coating. The contacting of the base can also be carried out locally and / or have base regions which are covered by a dielectric layer.
Die Wafersolarzelle weist zudem einen Emitterkontakt auf, der beispielsweise bei dem MIS-Übergang durch das Metall des Überganges selbst gebildet ist. Außerdem weist der Basisbereich zumindest bereichsweise einen Dotiergradienten beziehungsweise Konzentrations- oder Dichtegradienten aus thermischen Donatoren auf. Dieser Gradient erzeugt in den jeweiligen Bereichen ein Driftfeld, welches die Ladungsträger in dem Halbleitervolumen in Richtung des Gradienten beschleunigt und dadurch die Arbeitsweise der Solarzelle positiv beeinflusst. Weitere Schichten können zusätzlich vorgesehen sein, um die Funktion der Solarzelle zu verbessern beziehungsweise zu optimieren. Beispiele hierfür sind eine Antireflexionsschicht, eine Passivierungsschicht und dergleichen. The wafer solar cell also has an emitter contact formed, for example, in the MIS junction through the metal of the junction itself. In addition, the base region has, at least in regions, a doping gradient or concentration or density gradient of thermal donors. This gradient generates a drift field in the respective regions, which accelerates the charge carriers in the semiconductor volume in the direction of the gradient and thereby positively influences the mode of operation of the solar cell. Additional layers may additionally be provided in order to improve or optimize the function of the solar cell. Examples thereof are an antireflection layer, a passivation layer and the like.
Der Gradient thermischer Donatoren sollte sich zumindest über einen Teil der Waferdicke erstrecken. Er übernimmt dadurch, abhängig davon ob sich der Emitter vorder- oder rückseitig befindet, die Funktionen eines BSF bzw. eines FSF und/oder die Funktion eines Driftfeldes zur Verlängerung der Ladungsträgerdiffusionslänge in Richtung des Gradienten. Mit anderen Worten sollte sich der Gradient zumindest bis zu einer bestimmten Eindringtiefe, beispielsweise von 5µm, in den Wafer erstrecken. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass die thermischen Donatoren im Wesentlichen bis in Tiefen von 10µm bis 100µm, maximal jedoch bis zur halben Dicke des Halbleiterwafers, erzeugt werden und dadurch vornehmlich die Funktion eines FSF oder BSF übernehmen. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist jedoch vorgesehen, dass die thermischen Donatoren im Wesentlichen über eine gesamte Waferdicke des Halbleiterwafers erzeugt werden. Das bedeutet, dass der Gradient aus thermischen Donatoren mehr als die halbe Waferdicke durchdringt, dass also eine signifikante Donatorkonzentration der thermischen Donatoren nicht nur an der Wafervorderseite, sondern auch tief im Volumen des n-Typ Halbleiterwafers, jenseits der Wafermitte, vorliegt. Nach Fertigstellung der Solarzelle bedeutet dieses Merkmal, dass der Abstand einer signifikanten Konzentration von thermischen Donatoren kleiner als die halbe Waferdicke ist, idealerweise gleich Null. The gradient of thermal donors should extend at least over part of the wafer thickness. It thereby assumes the functions of a BSF or an FSF and / or the function of a drift field for extending the charge carrier diffusion length in the direction of the gradient, depending on whether the emitter is located on the front or on the back. In other words, the gradient should extend into the wafer at least up to a certain penetration depth, for example of 5 μm. According to an expedient embodiment, however, it is provided that the thermal donors are essentially produced in depths of 10 μm to 100 μm, but at most up to half the thickness of the semiconductor wafer, and thereby assume primarily the function of an FSF or BSF. According to another expedient embodiment, however, it is provided that the thermal donors are generated substantially over an entire wafer thickness of the semiconductor wafer. This means that the gradient of thermal donors penetrates more than half the wafer thickness, ie that there is a significant donor concentration of the thermal donors not only on the wafer front side, but also deep in the volume of the n-type semiconductor wafer, beyond the wafer center. After completion of the solar cell, this feature means that the distance of a significant concentration of thermal donors is less than half the wafer thickness, ideally equal to zero.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die thermischen Donatoren im Wesentlichen entlang der gesamten Waferoberfläche des Halbleiterwafers erzeugt werden. Im Wesentlichen bedeutet in diesem Fall, dass möglicherweise Randbereiche oder Übergangsbereiche zu bestimmten Strukturen auf dem Halbleiterwafer über die gesamte Waferdicke keine thermischen Donatoren aufweisen. Hierbei kann es durchaus vorkommen, dass die Eindringtiefe des Gradienten thermischer Donatoren in den Wafer entlang der Waferoberfläche variiert. Preferably, it is provided that the thermal donors are generated substantially along the entire wafer surface of the semiconductor wafer. In essence, in this case, it is meant that edge regions or transition regions to certain structures on the semiconductor wafer over the entire wafer thickness may not have thermal donors. In this case, it is quite possible that the penetration depth of the gradient of thermal donors into the wafer varies along the wafer surface.
Bei einer hierzu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die thermischen Donatoren entlang der Waferoberfläche des Halbleiterwafers bereichsweise erzeugt werden. Bereiche entlang der Waferoberfläche, welche keine thermischen Donatoren aufweisen, können mittels Abdeckung der Waferoberfläche geschützt werden, beispielsweise mittels einer Maske oder mittels aufgebrachter Schutzschichten. In anderen Fällen kann auch ein lokal erzeugtes Plasma oder ein lokales Tempern, beispielsweise mittels Laserstrahlung, dafür sorgen, dass die thermischen Donatoren nur an diesen Bereichen entstehen. In an alternative embodiment, it is provided that the thermal donors are generated in regions along the wafer surface of the semiconductor wafer. Areas along the wafer surface which have no thermal donors can be protected by covering the wafer surface, for example by means of a mask or by means of applied protective layers. In other cases, a locally generated plasma or a local annealing, for example by means of laser radiation, ensure that the thermal donors arise only at these areas.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Erzeugen des Dotiergradienten aus thermischen Donatoren vor dem Erzeugen des photovoltaisch aktiven Überganges erfolgt. Es ist jedoch auch möglich und zum Teil vorteilhaft, die umgekehrte Reihenfolge zu wählen und zuerst den photovoltaisch aktiven Übergang und erst anschließend den Dotiergradienten aus thermischen Donatoren im Halbleiterwafer zu erzeugen. Wenn die Erzeugung des aktiven Überganges die Aufbringung einer zusätzlichen Schicht umfasst, beispielsweise bei der Bildung eines Heteroüberganges, kann sich bei einer nachträglichen Gradientenbildung der Gradient thermischer Donatoren bis an diese zusätzliche Schicht erstrecken, wenn dies vorgesehen ist. In an advantageous embodiment, it is provided that the generation of the doping gradient from thermal donors takes place before the photovoltaically active transition is generated. However, it is also possible and in some cases advantageous to select the reverse order and first to generate the photovoltaically active transition and only then the doping gradient of thermal donors in the semiconductor wafer. If the generation of the active transition involves the deposition of an additional layer, for example, in the formation of a heterojunction, then the gradient of thermal donors may extend to this additional layer, if provided, upon subsequent gradient formation.
Vorteilhafterweise umfasst der Schritt des Erzeugens des Dotiergradienten aus thermischen Donatoren einen Wasserstoffeinbringenden Prozess. Hierbei kann der Wasserstoff mittels Implantation und / oder aus einer Diffusionsquelle in den Wafer eingebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist es jedoch vorgesehen, dass der Schritt des Erzeugens des Dotiergradienten aus thermischen Donatoren eine Wasserstoffplasmabehandlung einer Vorder- und / oder einer Rückseite des Halbleiterwafers und eine Wärmebehandlung des Halbleiterwafers gleichzeitig und / oder im Anschluss an die Wasserstoffplasmabehandlung umfasst. Die Wärmebehandlung kann auch zumindest zum Teil die Prozesstemperatur für einen weiteren Prozess sein, beispielsweise für einen Abscheidungs- oder Dotierprozess. Es kann sich auch um eine Aufwärm- oder Abkühlphase eines derartigen weiteren Prozesses handeln. Advantageously, the step of generating the doping gradient from thermal donors comprises a hydrogen-introducing process. In this case, the hydrogen can be introduced into the wafer by means of implantation and / or from a diffusion source. According to a preferred embodiment, however, it is provided that the step of generating the Dotiergradienten from thermal donors comprises a hydrogen plasma treatment of a front and / or a back side of the semiconductor wafer and a heat treatment of the semiconductor wafer simultaneously and / or following the hydrogen plasma treatment. The heat treatment may also be at least in part the process temperature for a further process, for example for a deposition or doping process. It may also be a warm-up or cool-down phase of such a further process.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Wasserstoffplasma behandelte Vorderseite des Halbleiterwafers anschließend von Plasmaschäden befreit wird und / oder texturiert wird. Dies kann beispielsweise mittels eines nasschemischen Verfahrens oder mittels einer weiteren Plasmabehandlung erfolgen. Es kann aber auch sein, dass keine zusätzliche Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Advantageously, it is provided that the hydrogen plasma treated front side of the semiconductor wafer is subsequently freed from plasma damage and / or textured. This can be done, for example, by means of a wet-chemical method or by means of a further plasma treatment. It may also be that no additional surface treatment is required.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der photovoltaisch aktive Übergang erzeugt wird, indem mittels Eindiffusion von Dotierstoff in den Halbleiterwafer eine Emitterschicht in dem Halbleiterwafer erzeugt wird, indem eine Emitterschicht auf dem Halbleiterwafer abgeschieden wird und / oder indem mittels eines Dielektrikums und einer Metallschicht ein Metall-Isolator-Halbleiter-Übergang auf dem Halbleiterwafer erzeugt wird. In einer Ausführungsform kann der aktive Übergang einen Homoübergang mit gleichem Bandabstand auf beiden Seiten des Überganges aufweisen, welcher beispielsweise mittels Epitaxie erzeugt wird. In alternativen Ausführungsformen handelt es sich bei dem aktiven Übergang um einen Heteroübergang mit unterschiedlichen Bandabständen, der beispielsweise mittels Plasmaprozessen hergestellt werden kann. According to a preferred embodiment it is provided that the photovoltaically active junction is generated by an emitter layer is generated in the semiconductor wafer by means of diffusion of dopant into the semiconductor wafer by an emitter layer is deposited on the semiconductor wafer and / or by means of a dielectric and a metal layer Metal-insulator-semiconductor junction is generated on the semiconductor wafer. In one embodiment, the active junction may have a homotransition with equal band gap on both sides of the junction, which is generated for example by epitaxy. In alternative embodiments, the active transition is a heterojunction with different bandgaps that can be made, for example, by plasma processes.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass der Emitterkontakt rückseitig auf dem Halbleiterwafer erzeugt wird. Hierbei kann es sich um eine sogenannte Back-Junktion-Solarzelle handeln, also um eine Solarzelle, bei welcher der Emitter und dessen Kontakte auf der Waferrückseite angeordnet sind. In diesem Fall sind die Basiskontakte vorderseitig gebildet, vorzugsweise als Elektrodenfinger. Rückseitige Emitterkontakte liegen jedoch insbesondere bei Rückkontakt-Solarzellen vor, also bei solchen Solarzellen, bei denen Emitter- und Basiskontakte auf der Solarzellenrückseite angeordnet sind. Weisen solche Solarzellen keine Dotiergradienten auf, können nachteilige „Verschattungseffekte“ auftreten. In diesen Fällen handelt es sich um eine sogenannte elektrische Verschattung („electrical shading“), bei der die Einsammelwahrscheinlichkeit der Minoritäten aufgrund verlängerter Ladungsträgerpfade oberhalb von Basiskontakten abnimmt bzw. der Serienwiderstandsanteil der Majoritäten oberhalb von Emitterkontakten ansteigt. Beide Verlustmechanismen können durch thermische Donatoren und deren Gradienten reduziert werden. It is preferably provided that the emitter contact is generated on the backside of the semiconductor wafer. This may be a so-called back-junction solar cell, that is to say a solar cell in which the emitter and its contacts are arranged on the wafer backside. In this case, the base contacts are formed on the front side, preferably as electrode fingers. However, back emitter contacts are present in particular in the case of back contact solar cells, that is to say in the case of solar cells in which emitter and base contacts are arranged on the back side of the solar cell. If such solar cells have no doping gradients, disadvantageous "shading effects" can occur. In these cases, what is known as electrical shading, in which the collection probability of the minorities decreases due to extended charge carrier paths above base contacts or the series resistance component of the majority increases above emitter contacts. Both loss mechanisms can be reduced by thermal donors and their gradients.
Der Gradient aus thermischen Donatoren kann jedoch alternativ auch auf Solarzellen mit einem vorderseitigen Emitter- und einem rückseitigen Basiskontakt vorteilhaft eingesetzt werden. However, the gradient of thermal donors may alternatively be used advantageously on solar cells with a front-side emitter and a back-side base contact.
Der Siliziumwafer kann aus einem mittels eines Czochralski-Verfahrens hergestellten Silizium-Ingot (sogenanntes Cz-Silizium) geschnitten sein. Derartige Siliziumwafer sind monokristalline. Das bedeutet, sie haben eine Kristallstruktur, welche zu 99% oder mehr eine einzige Kristallorientierung aufweist, mit entsprechend wenigen Korngrenzen. Alternativ können sich für das hier beschriebene Verfahren auch sogenannte quasimonokristalline Wafer eignen. Hierbei handelt es sich um Siliziumwafer, welche zwar weniger Korngrenzen aufweisen, als polykristalline Wafer, aber auch nicht als Monokristalle oder Einkristalle angesehen werden. Quasimonokristalline Wafer im vorliegenden Sinne haben eine Struktur, bei der etwa 90% bis 95% oder 90% bis 99% des Wafers eine bestimmte Kristallorientierung aufweist. Anders als beim Cz-Silizium, bei dem ein Einkristall an einem kleinen Saatkristall von etwa 1 Kubikzentimeter Größe aus der Schmelze gezogen wird, werden quasimonokristalline Ingots derzeit hauptsächlich mit Verfahren hergestellt, bei denen Polysilizium in einem Schmelztiegel (ähnlich denen zur Herstellung von Multisilizium) zum Großteil so aufgeschmolzen wird, dass die auch in dem Tiegel befindlichen monokristallinen Silizium-Saatstücke nicht schmelzen und dann die Schmelze beginnend an diesen Saatstücken gerichtet erstarrt. Hierbei wird darauf geachtet, dass die polykristallinen Halbleiterstücke gänzlich schmelzen, während das monokristalline Halbleiterstück nur an seiner Oberfläche schmilzt oder dass die Kristallisation derart gezielt erfolgt, dass größtenteils Kristalle mit einer einzelnen Orientierung wachsen. Anschließend wird ausgehend von diesem monokristallinen Halbleiterstück (Ingot) wie bei Ingots aus Multisilizium verfahren und daraus quasimonokristalline Wafer gebildet. The silicon wafer may be cut from a silicon ingot (so-called Cz silicon) produced by a Czochralski method. Such silicon wafers are monocrystalline. That is, they have a crystal structure which has 99% or more of a single crystal orientation, with correspondingly few grain boundaries. Alternatively, so-called quasi-monocrystalline wafers may also be suitable for the process described here. These are silicon wafers, which have fewer grain boundaries than polycrystalline wafers, but are not regarded as monocrystals or single crystals. Quasi-monocrystalline wafers in the present sense have a structure in which about 90% to 95% or 90% to 99% of the wafer has a certain crystal orientation. Unlike Cz silicon, which melts a single crystal on a small seed crystal of about 1 cubic centimeter size, quasi-monocrystalline ingots are currently produced mainly by processes using polysilicon in a crucible (similar to those used to make multi-silicon) Melted much so that the monocrystalline silicon seeds also located in the crucible does not melt and then solidifies the melt directed starting at these seeds. Care is taken here that the polycrystalline semiconductor pieces melt completely, while the monocrystalline semiconductor piece only melts on its surface, or that the crystallization takes place in such a targeted manner that, for the most part, crystals grow with a single orientation. Subsequently, starting from this monocrystalline semiconductor piece (ingot), as in ingots, multisilicon is processed and quasi-monocrystalline wafers are formed therefrom.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen: The invention will be explained below with reference to embodiments with reference to the figures. Hereby show:
In der
Während der Basisbereich
Bei dem mit dem Bezugszeichen
Eine Solarzelle mit einem Gradienten aus thermischen Donatoren ist hingegen in der
Eine rückseitenkontaktierte Solarzelle, bei welcher also sowohl der Basiskontakt
Auch in der in
Demgegenüber wird in der
Ähnlich wie bei der Ausführungsform aus der
In der
Hierbei sei angemerkt, dass die Darstellung nur schematisch zu verstehen ist und die Ausgestaltung der Grenzen zwischen
Schließlich ist in der
Anders als in den
Eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens
Auf dem bereitgestellten Siliziumwafer
Anschließend wird vorderseitig Wasserstoff in den Wafer eingebracht, beispielsweise mittels eines Wasserstoffplasmas
Werden die Schritte
Werden die Schritte
Werden die Schritte
Anschließend wird auf der lichtabgewandten Waferrückseite
Abschließend erfolgt die Kontaktierung des Emitters und der Basis. Finally the contacting of the emitter and the base takes place.
Im Folgenden werden grundlegenden Mechanismen einer Niedertemperatur-Dotierung von mittels eines Czochralski-Verfahrens hergestellten Siliziums (sogenanntes Cz-Silizium) durch eine Wasserstoff-unterstützte Bildung thermischer Donatoren (TD) beschrieben. Hereinafter, basic mechanisms of low-temperature doping of Czochralski-produced silicon (so-called Cz-silicon) by hydrogen-assisted thermal donor (TD) formation will be described.
Mittels Kombination einer einseitigen Wasserstoffplasmabehandlung mit einem Temperprozess können sehr tiefe n-Typ Dotierprofile erzeugt werden. Es ist bekannt, dass Dotiergradienten im Basismaterial die Ladungsträgerdiffusionslänge in Richtung des Gradienten verlängern. Tiefe Dotiergradienten sind in der Vergangenheit mittels Verwendung schnell diffundierenden Lithiums oder mittels Abscheidung mittels Flüssigphasen-Epitaxie unter Variation einer Dotiergaskonzentration erzeugt worden. Solch tiefe Dotiergradienten, die sich durch die gesamte Waferdicke erstrecken, können mit Hilfe von TD mittels einer Wasserstoffplasmabehandlung und einem Temperprozess erzeugt werden. Die Prozesszeiträume zur Erzeugung dieser Profile liegen im Bereich von nur wenigen Minuten bis zu einer Stunde (Diffusionsprozesse erreichen in vergleichbaren Zeiten bei Temperaturen um 900°C Tiefen von etwa 1µm. By combining a one-sided hydrogen plasma treatment with a tempering process, very deep n-type doping profiles can be generated. It is known that doping gradients in the base material prolong the carrier diffusion length in the direction of the gradient. Deep doping gradients have been generated in the past by using fast diffusing lithium or by liquid phase epitaxial deposition with variation of a doping gas concentration. Such deep doping gradients, which extend through the entire wafer thickness, can be generated by means of TD by means of a hydrogen plasma treatment and an annealing process. The process periods for producing these profiles are in the range of only a few minutes to one hour (diffusion processes reach depths of about 1 μm in comparable times at temperatures around 900 ° C.
Cz-Silizium enthält als Verunreinigung hohe Sauerstoff-Konzentrationen, typischerweise im Konzentrationsbereich von 3 bis 12 × 1018 cm–3, die aus den Wandungen des zur Kristallherstellung benutzten Quarztiegels entstammen und während des Ziehvorganges vor allem im oberen Bereich (Top-Bereich) des Kristalls eingebaut werden. Dieser Sauerstoff liegt üblicherweise interstitiell im Silizium vor und ist dann elektrisch inaktiv. Durch Temperprozesse diffundiert der Sauerstoff im Silizium und es werden SiO4-Defektkomplexe gebildet, die elektrisch aktiv sind, (es gibt neun verschiedene stabile Defektspezies der TD-Familie). Abhängig von der Temperdauer entstehen Donatorniveaus mit Ionisierungsenergien von 55–60 meV und 120–130 meV. Bei Temperaturen über 550°C lösen sich die TD wieder auf, da sich bei diesen Temperaturen weiterer Sauerstoff anlagert und dadurch die Komplexe elektrisch wieder inaktiv werden. Cz-silicon contains as impurity high oxygen concentrations, typically in the concentration range of 3 to 12 × 10 18 cm -3 , which originate from the walls of the quartz crucible used for crystal production and during the drawing process, especially in the upper region (top area) of Crystals are installed. This oxygen is usually interstitial in silicon and is then electrically inactive. Annealing processes diffuse the oxygen in the silicon and form SiO 4 defect complexes that are electrically active (there are nine different stable defect species of the TD family). Depending on the annealing time, donor levels with ionization energies of 55-60 meV and 120-130 meV arise. At temperatures above 550 ° C, the TD dissolve again, as at these temperatures further oxygen accumulates and thus the complexes are electrically inactive again.
Die Bildung thermischer Donatoren wird von der Kohlenstoffkonzentration, der Ladungsträgerkonzentration und der Wasserstoffkonzentration im Halbleiter beeinflusst. Für eine Kohlenstoffkonzentration über 5 × 1016 cm–3 wird die Bildung der TD reduziert, da dann die Komplexbildung zwischen Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen energetisch günstiger ist, als die Bildung von TD. Ab Ladungsträgerkonzentrationen über 1017 cm–3 wird die Bildung der TD für p-Typ Materialien verstärkt beziehungsweise für n-Typ Materialien reduziert. The formation of thermal donors is influenced by the carbon concentration, the carrier concentration and the hydrogen concentration in the semiconductor. For a carbon concentration above 5 × 10 16 cm -3 , the formation of the TD is reduced, because then the complex formation between carbon and oxygen atoms is energetically more favorable than the formation of TD. From carrier concentrations above 10 17 cm -3 , the formation of TD for p-type materials is enhanced or reduced for n-type materials.
Außerdem beschleunigt atomarer Wasserstoff die Diffusion von Sauerstoff in Silizium und unterstützt dadurch die Bildung der TD. In addition, atomic hydrogen accelerates the diffusion of oxygen into silicon, thereby promoting the formation of TD.
Gelangt ein Wasserstoffatom in die Nähe eines interstitiellen Sauerstoffatoms, führt dies zu einer Reduzierung der Aktivierungsenergie der Sauerstoffdiffusion, wodurch sich die Beweglichkeit des Sauerstoffs im Siliziumgitter erhöht. Mit Einbringung des Wasserstoffs steigt durch den Anstieg der Beweglichkeit des Sauerstoffs die Wahrscheinlichkeit, dass die Sauerstoffatome auf geeigneten lokalen Defektbereichen im Siliziumgitter treffen und dort mit schon vorhandenen Sauerstoffatomen TD bilden. If a hydrogen atom comes close to an interstitial oxygen atom, this leads to a reduction in the activation energy of the oxygen diffusion, which increases the mobility of the oxygen in the silicon lattice. With the introduction of hydrogen increases by the increase in the mobility of oxygen, the probability that the oxygen atoms meet on suitable local defect areas in the silicon lattice and form there with existing oxygen atoms TD.
Mittels einseitiger Wasserstoffbehandlung einer Siliziumoberfläche können in Siliziumwafern Wasserstoffgradienten erzeugt werden. Eine zeitgleiche oder im Anschluss hierauf folgende Temperung bei 300°C bis 550°C erzeugt dann einen Gradienten aus thermischen Donatoren entsprechend der Wasserstoffkonzentration im Silizium. Dieser TD-Gradient ändert das ursprünglich homogene Dotierniveau im Volumen des Substrates. Dies kann bis zum Umdotieren von p-dotiertem Cz-Silizium zu n-Typ führen, sodass innerhalb von Minuten tiefe pn-Übergänge erzeugt werden können, beispielsweise in 100µm Tiefe nach 20-minütiger Temperung. Bei dieser n-Dotierung werden wohlgemerkt Dotieratome (wie beispielsweise Phosphor) eindiffundiert, sondern es werden gezielt strukturelle Defekte in Form von TD im Silizium erzeugt, die sich wie eindiffundierte Donatoren verhalten. Der zugeführte Wasserstoff wirkt als Katalysator für die Bildung der TD. Seine inhomogene Verteilung im Silizium verursacht die TD-Dichteprofile. Die maximale TD-Konzentration ist von der Sauerstoffkonzentration, der Prozesstemperatur während und / oder nach der Plasmahydrogenisierung sowie der Plasmaart und der Plasmabehandlungsdauer abhängig. Die maximale TD-Konzentration kann bis zu 3 × 1016 cm–3 oder mehr betragen. Hydrogen gradients can be generated in silicon wafers by means of unilateral hydrogen treatment of a silicon surface. A simultaneous annealing or subsequent tempering at 300 ° C. to 550 ° C. then generates a gradient of thermal donors corresponding to the hydrogen concentration in the silicon. This TD gradient changes the originally homogeneous doping level in the volume of the substrate. This can lead to the re-doping of p-doped Cz silicon to n-type, so that deep pn junctions can be generated within minutes, for example, in 100μm depth after 20 minutes annealing. With this n-type doping, it should be noted that doping atoms (such as phosphorus) are diffused in, Instead, structural defects in the form of TD are generated in the silicon, which behave like diffused donors. The supplied hydrogen acts as a catalyst for the formation of the TD. Its inhomogeneous distribution in silicon causes TD density profiles. The maximum TD concentration depends on the oxygen concentration, the process temperature during and / or after the plasma hydrogenation as well as the type of plasma and the plasma treatment time. The maximum TD concentration can be up to 3 × 10 16 cm -3 or more.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Siliziumwafer silicon wafer
- 11 11
- Vorderseitendotierung (Phosphor) Front side doping (phosphor)
- 12 12
- Basisbereich base region
- 12f 12f
- ohne Gradienten von thermischen Donatoren without gradients of thermal donors
- 12td 12td
- Basisbereich mit Gradienten von thermischen Donatoren Base region with gradients of thermal donors
- 13 13
- photovoltaisch aktiver Übergang photovoltaically active transition
- 14 14
- Basiskontaktdotierung Base contact doping
- 15 15
- Wafervorderseite (Lichteinfallseite) Wafer front side (light incidence side)
- 16 16
- Waferrückseite (lichtabgewandte Seite) Wafer backside (light side away)
- 2 2
- Emitterbereich emitter region
- 31 31
- Basiskontakt base contact
- 32 32
- Emitterkontakt emitter contact
- 4 4
- Dielektrikum (Isolator) Dielectric (insulator)
- 5 5
- transparentes leitfähiges Oxid transparent conductive oxide
- 6 6
- Antireflexionsschicht Antireflection coating
- 100 100
- Herstellungsverfahren (eine Ausführungsform) Manufacturing method (an embodiment)
- 101 101
- Erzeugung eines Vorderseitenfeldes Generation of a front field
- 102 102
- Wasserstoffplasmabehandlung Hydrogen plasma treatment
- 103 103
- Abscheidung einer Antireflexschicht Deposition of an antireflection layer
- 104 104
- Wärmebehandlung (Tempern) Heat treatment (annealing)
- 105 105
- Erstellung eines photovoltaisch aktiven Überganges Creation of a photovoltaic active transition
- 106 106
- Kontaktierung contact
- 111 111
- Wasserstoffplasmabehandlung bei Abscheidung einer Antireflexschicht Hydrogen plasma treatment on deposition of an antireflective layer
- 112 112
- Wärmebehandlung bei Abscheidung einer Antireflexschicht Heat treatment when depositing an antireflection coating
- 113 113
- Wasserstoffplasmabehandlung und gleichzeitige Wärmebehandlung bei Abscheidung einer AntireflexschichtHydrogen plasma treatment and simultaneous heat treatment when depositing an antireflection coating
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Publikation „Increased Efficiencies in a-Si:H(n)/Cz-Si(p) Heterojunction Solar Cells due to Gradient Doping by Thermal Donors“, M. L. D. Scherff et al., 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4–8 September 2006, Dresden, Germany [0007] Publication "Increased Efficiencies in a-Si: H (n) / Cz-Si (p) Heterojunction Solar Cells due to Gradient Doping by Thermal Donors," MLD Scherff et al., 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4-8 September 2006 , Dresden, Germany [0007]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052916.0A DE102011052916B4 (en) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Solar cell manufacturing process and wafer solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011052916.0A DE102011052916B4 (en) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Solar cell manufacturing process and wafer solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011052916A1 true DE102011052916A1 (en) | 2013-02-28 |
DE102011052916B4 DE102011052916B4 (en) | 2020-05-28 |
Family
ID=47664757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011052916.0A Active DE102011052916B4 (en) | 2011-08-23 | 2011-08-23 | Solar cell manufacturing process and wafer solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011052916B4 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7943416B2 (en) * | 2006-09-05 | 2011-05-17 | Q-Cells Se | Local heterostructure contacts |
-
2011
- 2011-08-23 DE DE102011052916.0A patent/DE102011052916B4/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7943416B2 (en) * | 2006-09-05 | 2011-05-17 | Q-Cells Se | Local heterostructure contacts |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Publikation "Increased Efficiencies in a-Si:H(n)/Cz-Si(p) Heterojunction Solar Cells due to Gradient Doping by Thermal Donors", M. L. D. Scherff et al., 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4-8 September 2006, Dresden, Germany |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102011052916B4 (en) | 2020-05-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3930013B1 (en) | Method for producing a photovoltaic solar cell with at least one heterojunction | |
DE69631815T2 (en) | Structure and method of manufacturing a solar cell with self-aligned aluminum alloy backside contact | |
EP3014663B1 (en) | Method and device for producing a photovoltaic element with stabilized efficiency | |
EP0813753B1 (en) | Solar cell with back surface field and process for producing it | |
EP1421629B1 (en) | Solar cell and method for production thereof | |
EP1314208B1 (en) | Multicrystalline laser-crystallized silicon thin layer solar cell deposited on a glass substrate | |
DE112005002592T5 (en) | Back-contact solar cells | |
DE112010005344T5 (en) | Process for producing a solar cell with back contact and device thereof | |
DE102010006315B4 (en) | Method for local high doping and contacting a semiconductor structure, which is a solar cell or a precursor of a solar cell | |
DE102008055515A1 (en) | Method for forming a dopant profile | |
WO2015044122A1 (en) | Method for producing a photovoltaic solar cell that comprises a heterojunction and a doping region introduced by diffusion on two different surfaces | |
EP3633741A1 (en) | Method for producing a photovoltaic solar cell with a heterojunction and a diffused emitter region | |
DE102011075352A1 (en) | A method of back contacting a silicon solar cell and silicon solar cell with such backside contacting | |
DE102008064685A1 (en) | solar cell | |
WO2013017526A2 (en) | Method for producing a solar cell and solar cell | |
EP2823505B1 (en) | Method for producing a doped region in a semiconductor layer | |
WO2011141139A2 (en) | Method for producing a solar cell that can be contacted on one side from a silicon semiconductor substrate | |
DE102011052916B4 (en) | Solar cell manufacturing process and wafer solar cell | |
DE102008028578A1 (en) | Passivated p-type silicon solar cell and method of making the same | |
WO2010072462A1 (en) | Photovoltaic element | |
DE102011002280A1 (en) | Solar cell e.g. heterojunction solar cell of solar module, comprises metallic conductive structure that is formed in openings of insulating layers | |
DE102009021971A1 (en) | Method for manufacturing solar cell utilized for power generation, involves completely covering surface of substrates by intermediate layer or secondary product till completion of diffusion process | |
WO2012110157A1 (en) | Method for producing a solar cell | |
DE102013219844A1 (en) | Method and device for producing a semiconductor component, in particular a photovoltaic cell | |
DE102013103495A1 (en) | Method for producing a silicon substrate for solar cell production |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HANWHA Q.CELLS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: Q-CELLS AG, 06766 BITTERFELD-WOLFEN, DE Effective date: 20130226 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |