DE102011086351A1 - Process for producing a solar cell with PECVD combination layer and solar cell with PECVD combination layer - Google Patents

Process for producing a solar cell with PECVD combination layer and solar cell with PECVD combination layer Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100, 200) mit den Schritten Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201); Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zur Erzeugung einer Basis (102, 202) und eines zweiten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zum Erzeugen eines Emitters (103, 203); Bilden einer Kombinationsschicht (105, 205) durch Durchführung einer Plasmanitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und unverzügliche Durchführung eines unmittelbar an die Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung anschließenden PECVD-Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhaltigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,;und Kontaktieren von Basis (102, 202) und Emitter (103, 203) sowie eine Solarzelle (100, 200) mit einem kristallinen Siliziumsubstrat (101, 201) mit einer Basis (102, 202), einem Emitter (103, 203) und Kontakten (106, 107, 206, 207), wobei die Solarzelle (100, 200) ferner eine Kombinationsschicht (105, 205) mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201) aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm (105a, 205a) angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy aufweist.Provided are a method of manufacturing a solar cell (100, 200) comprising the steps of providing a crystalline silicon substrate (101, 201); Doping at least a first region of the silicon substrate (101, 201) to produce a base (102, 202) and a second region of the silicon substrate (101, 201) to produce an emitter (103, 203); Forming a combination layer (105, 205) by performing plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3, N 2 O or a mixture of these gases to form a base film (105a, 205a) of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and immediately performing a plasma nitriding immediately or plasma oxynitriding subsequent PECVD process using at least one silicon-containing process gas to deposit a silicon capping layer (105b, 205b) of amorphous SiNx, amorphous SiCxNy or amorphous SiOxNy, and contacting base (102, 202) and emitter (103, 203) and a A solar cell (100, 200) comprising a crystalline silicon substrate (101, 201) having a base (102, 202), an emitter (103, 203) and contacts (106, 107, 206, 207), the solar cell (100, 200 Further, a combination layer (105, 205) with an at least partially applied directly on a surface of the crystalline silicon substrate (101, 201) en, by plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH3, N2O or a mixture of these gases generated base film (105a, 205a) of amorphous SiNx or amorphous SiOxNy and with a directly adjacent to the base film (105a, 205a), by subsequent PECVD deposition has silicon cover layer (105b, 205b) of amorphous SiNx, amorphous SiCxNy or amorphous SiOxNy obtainable using at least one Si-containing process gas.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Solarzelle und eine kristalline Siliziumsolarzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3. The invention relates to a method for producing a crystalline solar cell and a crystalline silicon solar cell having the features of the preamble of claim 3.

Kristalline Solarzellen aus Silizium sind allgemein bekannte Vorrichtungen zur Stromerzeugung unter Ausnutzung von Licht, insbesondere Sonnenlicht. Nachfolgend wird unter der „Oberseite“ und der „Vorderseite“ der Solarzelle jeweils die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Solarzelle dem Licht zugewandte Seite verstanden, dementsprechend ist die „Unterseite“ und die „Rückseite“ die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Solarzelle vom Licht abgewandte Seite. Crystalline solar cells made of silicon are generally known devices for generating electricity using light, in particular sunlight. Hereinafter, the "top side" and the "front side" of the solar cell are understood to mean the side facing the light when the solar cell is used as intended; accordingly, the "bottom side" and the "back side" are the side away from the light when the solar cell is used as intended.

Eine kristalline Siliziumsolarzelle basiert auf einem mono- oder polykristallinen Siliziumsubstrat, das schwach, typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 1015 cm–3 bis 1016 cm–3 p- oder n-dotiert ist und eine oberflächennahe starke entgegengesetzte Dotierung, also eine starke n-Dotierung bei p-dotiertem Substrat und eine starke p-Dotierung bei n-dotiertem Substrat, die typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 1020 cm–3 bis 1021 cm–3 ausgeführt ist. A crystalline silicon solar cell is based on a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate which is weak, typically p- or n-doped, with a degree of doping of 10 15 cm -3 to 10 16 cm -3 , and a strong, opposing near-surface doping, ie a strong n-type doping. Doping in p-doped substrate and a strong p-type doping at n-doped substrate, which is typically carried out with a doping level of 10 20 cm -3 to 10 21 cm -3 .

Die stark dotierte Schicht wird üblicherweise als Emitter bezeichnet, die schwach dotierte Schicht als Basis. Um die Rekombination an der Rückseite zu minimieren kann dort eine starke Dotierung, das Back-Surface-Field, angebracht werden, die stark p-dotiert für eine p-Basis oder stark n-dotiert für eine n-Basis ist. Dies spiegelt Ladungsträger in Richtung Raumladungszone und Emitter. The heavily doped layer is commonly referred to as an emitter, the weakly doped layer as a base. To minimize recombination at the backside, a heavy doping, the back-surface field, can be attached there, which is heavily p-doped for a p-base or heavily n-doped for an n-based. This reflects charge carriers in the direction of space charge zone and emitter.

Einfallendes Licht, welches zur Stromerzeugung genutzt wird, wird in der Basis, dem Back Surface Field, dem Emitter oder in der Raumladungszone – unter Erzeugung eines Elektronen-Loch-Paares – absorbiert. Die zur Stromerzeugung benötigten Minoritätsladungsträger werden in der Raumladungszone durch das elektrische Feld zu den richtigen Kontakten hin gezogen. In den übrigen Bereichen des Substrats diffundieren die Ladungsträger und können so – wenn sie nicht rekombinieren – die Raumladungszone erreichen und von dort über elektrische Kontakte abfließen. Incident light, which is used to generate electricity, is absorbed in the base, the back surface field, the emitter or in the space charge zone - creating an electron-hole pair. The minority carriers required for power generation are drawn in the space charge zone through the electric field to the correct contacts. In the other areas of the substrate, the charge carriers diffuse and can - if they do not recombine - reach the space charge zone and flow away from there via electrical contacts.

Eine bei der Herstellung kristalliner Solarzellen weitverbreitete Methode zur Aufbringung von Schichten, insbesondere Antireflexschichten besteht in der Anwendung des an sich bekannten PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) Verfahrens zur Abscheidung siliziumhaltiger Schichten, insbesondere von SiNx- und SiCxNy-Schichten. Die Beliebtheit dieser Methode ist darauf zurückzuführen, dass die mit diesem Verfahren aufgebrachten Schichten auch zu einer Oberflächenpassivierung des Substrats beitragen können, d.h. die Rekombinationsrate von Minoritätsladungsträgern an der Oberfläche verringern und dadurch den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessern. A widely used in the manufacture of crystalline solar cells method for depositing layers, in particular anti-reflection layers in the application of the per se known PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) process for depositing silicon-containing layers, in particular of SiN x - and SiC x N y layers , The popularity of this method is due to the fact that the layers applied by this method can also contribute to a surface passivation of the substrate, ie reduce the recombination rate of minority carriers on the surface and thereby improve the efficiency of the solar cell.

Beim PECVD-Verfahren lässt man Prozeßgase, die die Elemente enthalten, aus denen die abzuscheidende Schicht zusammengesetzt ist, in einem hochfrequenten Wechselfeld strömen, was zur Ausbildung eines Plasmas, also insbesondere einer zumindest partiellen Fragmentierung der Prozessgasmoleküle führt. Die dabei entstehenden Molekülfragmente, Atome oder Radikale der Prozeßgase treffen auf die Oberfläche der auf einem Prozessboot angeordneten Wafer und bilden dort die gewünschte Antireflexschicht aus. Grundsätzlich ist eine Schichtbildung bei Raumtemperatur möglich, was aber zu qualitativ minderwertigen Antireflexschichten führt. Aus diesem Grund wird der PECVD-Prozess üblicherweise bei erhöhter Temperatur, oftmals zwischen 400°C und 500°C durchgeführt, was die Notwendigkeit mit sich bringt, insbesondere die Prozessboote mit den darauf angeordneten Wafern auf diese Temperatur aufzuheizen. In the PECVD process, process gases containing the elements from which the layer to be deposited is made flow in a high-frequency alternating field, which leads to the formation of a plasma, that is to say in particular an at least partial fragmentation of the process gas molecules. The resulting molecular fragments, atoms or radicals of the process gases strike the surface of the wafer arranged on a process boat and form there the desired antireflection layer. Basically, a layer formation at room temperature is possible, but this leads to poor quality antireflection coatings. For this reason, the PECVD process is usually carried out at elevated temperature, often between 400 ° C and 500 ° C, which implies the need to heat in particular the process boats with the wafers thereon to this temperature.

Bekannte kristalline Siliziumsolarzellen mit unter Verwendung von PECVD-Prozessen aufgebrachten, insbesondere siliziumhaltigen Schichten weisen eine Reihe von Problemen auf. Known crystalline silicon solar cells with deposited using PECVD processes, in particular silicon-containing layers have a number of problems.

Erstens ist für die gewünschte effiziente Nutzung einer Solarzelle eine möglichst vollständige Nutzung von auf die Solarzelle einfallendem Licht wesentlich. Um dies zu erreichen ist es üblich, eine transparente Antireflexschicht zumindest auf der Vorderseite der Solarzelle anzuordnen, um die Reflexion des einfallenden Lichtes unter weitestgehender Vermeidung von Absorptionsverlusten in der Antireflexschicht so weit wie möglich zu reduzieren. First, for the desired efficient use of a solar cell, the fullest possible use of light incident on the solar cell is essential. In order to achieve this, it is customary to arrange a transparent antireflection layer at least on the front side of the solar cell in order to reduce the reflection of the incident light as far as possible, as far as possible avoiding absorption losses in the antireflection layer.

Bekannte, mit PECVD-Verfahren erzeugte Antireflexschichten für kristalline Siliziumsolarzellen weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf: Bei damit beschichtete Solarzellen kommt es bei der nachfolgenden Kontaktierung der Solarzelle mit Metallkontakten, beispielsweise bei einer Frontgrid-Silberplattierung, zum „Ghostplating“, bei dem größere Oberflächenbereiche der Solarzelle metallisiert werden als eigentlich gewünscht ist, was zu einer Reduktion der Effizienz der Solarzelle führt. Ferner hat sich gezeigt, dass der mit derartigen Antireflexschichten erreichte Grad der Oberflächenpassivierung noch nicht optimal ist. However, known antireflection layers for crystalline silicon solar cells produced using PECVD methods have a number of disadvantages: In the case of solar cells coated therewith, subsequent gelling of the solar cell with metal contacts, for example in frontgrid silver plating, results in ghost plating, in which larger surface areas occur the solar cell to be metallized than actually desired, resulting in a reduction in the efficiency of the solar cell. Furthermore, it has been shown that the degree of surface passivation achieved with such antireflection layers is not yet optimal.

Zweitens ist mit dem Aufbringen vom bekannten, unter Einsatz von PECVD-Verfahren herstellbaren Schichten für kristalline Siliziumsolarzellen ein relativ hoher Zeit- und Energieaufwand verbunden, der daraus resultiert, dass, wie oben erwähnt, ein Aufheizen der PECVD-Anlage und insbesondere des Prozessbootes, das die Wafer trägt, das in der Regel mit einer Rohrheizung erfolgt, den Zeit- und Energieaufwand für das Herstellungsverfahren erhöht und dass das Prozessboot bei der Durchführung des PECVD-Prozesses ebenfalls belegt wird und nach einer Anzahl von Prozessen zurückgeätzt werden muss. Secondly, the application of known crystalline silicon solar cell layers which can be produced using PECVD processes involves a relatively high expenditure of time and energy, resulting from the fact that, as mentioned above, heating of the PECVD system and in particular of the PECVD system Process boat carrying the wafers, which is usually done with a pipe heater, increases the time and energy required for the manufacturing process and that the process boat is also occupied in the implementation of the PECVD process and must be etched back after a number of processes.

Drittens sind die konventionellen mittels PECVD zugänglichen SiN-basierten Passivierungsschichten nur zur Passivierung von n-leitenden Silizium-Oberflächen, nicht jedoch für p-leitende Silizium-Oberflächen, sofern nicht in einem zusätzlichen Schritt zunächst eine SiO2-Schicht aufgebracht wird. Third, the conventional PECVD-accessible SiN-based passivation layers are only for the passivation of n-type silicon surfaces, but not for p-type silicon surfaces, unless an SiO 2 layer is first applied in an additional step.

Viertens hat sich in jüngster Zeit ergeben, dass bei Zusammenschaltung von vielen Solarmodulen, die aus konventionellen, insbesondere unter Einsatz konventioneller PECVD-Beschichtungstechniken hergestellten kristallinen Silizium-Solarzellen aufgebaut sind, mittels eines String hohe Systemspannungen von typischerweise 1000 Volt anliegen können, die zu potentialinduzierter Degradation (Potential Induced Degradation, PID) führen. Diese Probleme werden zumindest teilweise darauf zurückgeführt, dass mittels konventionellen PECVD-Prozessen erzeugte SiN-Schichten keine ausreichende Isolation bei derart hohen System-Spannungen aufweisen, so dass Leckströme von den Glasplatten der Module in das Silizium fließen können. Fourthly, it has recently been found that when interconnecting many solar modules constructed of conventional crystalline silicon solar cells, in particular using conventional PECVD coating techniques, high system voltages of typically 1000 volts can be applied by means of a string leading to potential-induced degradation (Potential Induced Degradation, PID). These problems are at least partly due to the fact that SiN layers produced by means of conventional PECVD processes do not have sufficient insulation at such high system voltages that leakage currents can flow from the glass plates of the modules into the silicon.

Diese Probleme werden durch eine durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 im Rahmen der Herstellung einer kristallinen Siliziumsolarzelle zugängliche Kombinationsschicht und/oder Solarzellen mit einer derartigen Kombinationsschicht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. These problems are solved by a combination layer and / or solar cells with such a combination layer having the features of patent claim 3, which are accessible by a method having the features of patent claim 1 within the scope of the production of a crystalline silicon solar cell. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Siliziumsolarzelle weist zumindest die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats; Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsubstrats zur Erzeugung einer Basis und eines zweiten Bereichs des Siliziumsubstrats zum Erzeugen eines Emitters; Bilden einer Antireflex-Kombinationsschicht unter Durchführung einer Plasmanitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und Durchfüh rung eines unmittelbar an die Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung anschließenden PECVD-Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhaltigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,; und Kontaktieren von Basis und Emitter zum Bereitstellen von Metallkontakten. The method according to the invention for producing a crystalline silicon solar cell comprises at least the following steps: providing a crystalline silicon substrate; Doping at least a first region of the silicon substrate to create a base and a second region of the silicon substrate to produce an emitter; Forming an antireflection combination layer by performing plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , N 2 O or a mixture of these gases to produce a base film of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and pass tion of a directly following the plasma nitriding or plasma oxynitriding PECVD process using at least one silicon-containing process gas for depositing a silicon capping layer of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y ; and contacting the base and emitter to provide metal contacts.

Unmittelbar anschließend ist dabei so zu verstehen, dass der Wafer in derselben Anlage weiter bearbeitet wird, ohne die Anlage zu verlassen. Zwischen der Abscheidung der zu kombinierenden Schichten kann ein Zeitraum bestehen, in dem der Wafer in der Anlage dem Prozessgas selbst, einem inerten Schutzgas oder Vakuumbedingungen ausgesetzt ist. Immediately thereafter, it should be understood that the wafer is processed further in the same plant without leaving the plant. Between the deposition of the layers to be combined, there may be a period during which the wafer in the plant is exposed to the process gas itself, an inert protective gas or vacuum conditions.

Dabei ist es zweckmäßig, die Schritte mit Ausnahme der beiden Dotierungsschritte zum Erzeugen von Basis und Emitter, die gleich gut auch in umgekehrter Reihenfolge ausführbar sind, in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen. It is expedient to carry out the steps in the stated order, with the exception of the two doping steps for generating base and emitter, which are equally well executable in reverse order.

Erfindungswesentlich ist hier die Ausgestaltung des Schritts des Bildens einer Kombinationsschicht. Abgesehen davon, dass durch diesen Prozessschritt eine für kristalline Siliziumsolarzellen auf unterschiedliche Weise einsetzbare Schicht mit den vom jeweiligen Einsatz abhängigen, weiter unten diskutierten Vorteilen erzielt wird, ergeben eine Reihe weiterer Vorteile aus dieser Verfahrensführung. Essential to the invention here is the embodiment of the step of forming a combination layer. Apart from the fact that this process step achieves a layer which can be used in different ways for crystalline silicon solar cells with the advantages depending on the particular use discussed below, a number of further advantages result from this process procedure.

So wird die PECVD-Prozessdauer reduziert. Dies liegt einerseits daran, dass das Aufheizen der Apparatur und insbesondere des Prozessbootes bereits durch den vorgeschalteten Prozess der Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung erfolgt, und zwar auf eine homogenere Weise als mit einem herkömmlichen Röhrenofen. This reduces the PECVD process time. On the one hand, this is due to the fact that the heating of the apparatus and in particular of the process boat is already carried out by the upstream process of plasma nitriding or plasma oxinitration, and in a more homogeneous manner than with a conventional tube furnace.

Andererseits ist die danach noch durch den PECVD-Prozess aufzutragende Schichtdicke verringert, so dass eine kürzere Prozessdauer für diesen Prozess resultiert. Dies wiederum bringt den Vorteil mit sich, dass auch das Prozessboot eine weniger starke Belegung erfährt, so dass es erst nach mehr Fahrten zurückgeätzt werden muss, was Kosten spart. On the other hand, the layer thickness to be applied subsequently by the PECVD process is reduced, so that a shorter process time for this process results. This, in turn, has the advantage that the process boat also experiences less occupancy, so it only has to be etched back after more trips, which saves costs.

Weiter kommt es während der Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung zu einer wünschenswerten partiellen Rückätzung der Dead Layer des Emitters. Further, during plasma nitriding or plasma oxynitriding, there is a desirable partial etch back of the emitter dead layer.

Schließlich wird für p-Typ Solarzellen bei dieser Verfahrensführung auch eine dielektrische Rückseitenpassivierung mit nur einem PECVD-Prozess und ohne Schaffung einer oberflächennahen Inversionsschicht im Silizium erreicht. Finally, for this type of process, p-type solar cells also have dielectric backside passivation with only one PECVD process and without creating a near-surface inversion layer in the silicon.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ferner zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kombinationsschicht bereits gebildet ist, Wasserstoff in den Basisfilm eindiffundiert. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Oberflächenpassivierung. In an advantageous embodiment of the invention, hydrogen is further diffused into the base film at a time at which the combination layer is already formed. This leads to a further improvement of the surface passivation.

Besonders vorteilhaft kann dieser Prozessschritt beim sogenannten „Feuern“ oder „Firing“ der Metallkontakte, das zur Herstellung des elektrischen Kontakts durch die Antireflexschicht hindurch ohnehin notwendig ist, durchgeführt werden. Die Temperatur, bei der dieser Teilschritt der Kontaktierung der Solarzelle durchgeführt wird, sollte allerdings 20 bis 30°C höher gewählt werden als bei üblichen Verfahren. Die am Ofen eingestellte Temperatur sollte typischerweise bei ca. 885°C statt bei ca. 850°C liegen. Particularly advantageous, this process step in the so-called "firing" or "Firing" the Metal contacts, which is anyway necessary for the production of the electrical contact through the antireflection layer, are performed. The temperature at which this partial step of contacting the solar cell is carried out, however, should be 20 to 30 ° C higher than in conventional methods. The temperature set at the oven should typically be around 885 ° C instead of around 850 ° C.

Allerdings wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass erstens die tatsächlichen Temperaturen, denen der Wafer bei dieser gewählten Temperatur ausgesetzt ist, um typischerweise etwa 50°C niedriger liegen und zweitens die Temperaturen am Wafer stark vom jeweils verwendeten Ofen abhängen, so dass die Temperaturen eines beliebigen Prozesses in der Regel an den verwendeten Ofen anzupassen sind. Der Vergleich zwischen bei demselben Ofen für unterschiedliche Prozesse verwendeten Temperatureinstellungen ist daher aussagekräftiger als die Angabe von Temperatureinstellungen eines Ofens. However, in this regard, it should be noted that, firstly, the actual temperatures to which the wafer is exposed at this selected temperature are typically about 50 ° C lower, and secondly, the temperatures at the wafer are very dependent on the particular furnace used, so that the temperatures of a particular Any process usually to be adapted to the furnace used. The comparison of temperature settings used in the same oven for different processes is therefore more meaningful than the indication of temperature settings of a furnace.

Die erfindungsgemäße Solarzelle hat ein kristallines (d.h. mono- oder polykristallines) Siliziumsubstrat, das durch jeweils entgegengesetzte Dotierung zumindest mit einer Basis und einem Emitter versehen ist. Sie weist ferner Kontakte zum Anschluss der Solarzelle an einen Stromkreis auf, die ein Abfließen von Ladungsträgern aus der Raumladungszone ermöglichen und ist zumindest auf Abschnitten ihrer Oberseite mit einer Kombinationsschicht bedeckt, die mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm angrenzenden, anschließend durch PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgestaltet ist. The solar cell according to the invention has a crystalline (ie mono- or polycrystalline) silicon substrate, which is provided by respectively opposite doping at least with a base and an emitter. It also has contacts for connecting the solar cell to a circuit, which allow a discharge of charge carriers from the space charge zone and is covered at least on portions of its upper side with a combination layer, which applied by at least partially directly on a surface of the crystalline silicon substrate, by plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , N 2 O or a mixture of these gases generated base film of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and with a directly adjacent to the base film, then by PECVD deposition using at least one Si-containing Process gas obtainable silicon top layer of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y is configured.

Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Eigenschaften des Basisfilms von der Art seiner Herstellung abhängen, so dass beispielsweise ein durch Plasmanitrierung in einem Plasma aus NH3 erzeugter amorpher SiNx-Film auf einem kristallinen Siliziumsubstrat andere Eigenschaften besitzt als ein durch einen PECVD-Prozess unter Verwendung mindestens eines Sihaltigen Prozessgases, z.B. durch Verwendung von SiH4 und NH3 erzeugter amorpher SiNx-Film. Dies ist schon deswegen verständlich, weil das Silizium im ersten Fall aus dem kristallinen Siliziumsubstrat bereitgestellt wird, im zweiten Fall aber durch das Si-haltige Prozessgas. In gleicher Weise besitzt auch ein durch Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus N2O oder N2O und NH3 erzeugter amorpher SiOxNy-Film auf einem kristallinen Siliziumsubstrat andere Eigenschaften als ein durch einen PECVD-Prozess unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erzeugter amorpher SiOxNy-Film. Damit ist klar, dass die Herstellbarkeit des jeweiligen Films über einen bestimmten Prozess implizit Eigenschaften des Films vorgibt und somit ein Merkmal darstellt, mit dem diese Filme voneinander unterscheidbar sind. It is explicitly pointed out that the properties of the base film depend on the manner of its preparation, so that, for example, an amorphous SiN x film formed by plasma nitriding in NH 3 plasma has different properties on a crystalline silicon substrate than one produced by a PECVD process using at least one Si-containing process gas, for example by using SiH 4 and NH 3 generated amorphous SiN x film. This is understandable for the reason that the silicon is provided in the first case of the crystalline silicon substrate, in the second case by the Si-containing process gas. Likewise, an amorphous SiO x N y film formed on a crystalline silicon substrate by plasma oxynitriding in a plasma of N 2 O or N 2 O and NH 3 has different properties than one produced by a PECVD process using at least one Si-containing one Process gas generated amorphous SiO x N y film. Thus, it is clear that the manufacturability of the respective film implicitly dictates properties of the film through a particular process and thus constitutes a feature by which these films are distinguishable from each other.

Die erfindungsgemäß hergestellten Filme weisen eine höhere Dichte und größere Ätzresistenz gegenüber Flusssäure auf als mit konventionellen Methoden hergestellte Filme. Die erfindungsgemäßen Filme werden insbesondere bei Flusssäurekonzentrationen von 1–10% HF mit weniger als der halben Ätzgeschwindigkeit geätzt als konventionell hergestellte PECVD-SiN-Schichten bei gleichen Ätzbedingungen. The films produced according to the invention have a higher density and greater etch resistance to hydrofluoric acid than films produced by conventional methods. The films according to the invention are etched at less than half the etch rate at hydrofluoric acid concentrations of 1-10% HF than conventionally prepared PECVD SiN films at the same etching conditions.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Solarzelle weist diese eine Antireflexschicht aufweist, wobei die Kombinationsschicht die Antireflexschicht bildet. In a preferred embodiment of the solar cell, this has an antireflection layer, wherein the combination layer forms the antireflection layer.

In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann vorgesehen werden, dass die Solarzelle eine Rückseitenpassivierungsschicht aufweist, und dass die Kombinationsschicht die Rückseitenpassivierungsschicht bildet. In an alternative or additional embodiment it can be provided that the solar cell has a backside passivation layer, and that the combination layer forms the backside passivation layer.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Kombinationsschicht – möglicherweise auf Grund der Eigenschaften, die über Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in den genannten, siliziumfreien Prozessgasen dem Basisfilm aufgeprägt werden, zu einer signifikanten Reduktion des Ghostplatings und zugleich zu einer deutlich verbesserten Oberflächenpassivierung, die zudem auch bei p-leitendem Silizium effektiv ist, führt. Surprisingly, it has been shown that the combination layer - possibly due to the properties that are imprinted on the base film via plasma nitriding or plasma oxynitriding in the abovementioned, silicon-free process gases - leads to a significant reduction in ghostplating and at the same time to a significantly improved surface passivation, which is also found in p conductive silicon is effective.

Besonders stark werden die vorstehenden Effekte, wenn der Basisfilm aus amorphem SiNx ist, das eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiNx-Filme hat oder wenn der Basisfilm aus amorphem SiOxNy ist und eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbaren Si- OxNy Filme hat.The above effects become particularly strong when the base film is of amorphous SiN x , which has a higher density than SiN x films producible with pure PECVD deposition processes, or if the base film is of amorphous SiO x N y and has a higher density than pure PECVD deposition processes producible Si-O x N y films.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, einen Basisfilm zu verwenden, der eine Dicke zwischen 5nm und 15nm aufweist. Besonders gut sind insbesondere Ergebnisse mit einer Basisfilmdicke von etwa 10 nm. Da, wie erwähnt, bei der Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einer Prozessgas- Atmosphäre, die kein Silizium enthält, das Silizium, das in den Basisfilm eingebaut wird, aus dem kristallinen Siliziumsubstrat stammt, kann diese Dickenabhängigkeit der erzielten Effekte möglicherweise mit einer geringer werdenden Verfügbarkeit von Silizium bei wachsender Dicke des Basisfilms zusammenhängen, die dann die Zusammensetzung des Basisfilms insbesondere im Hinblick auf seine Stöchiometrie beeinflusst. It has been found to be particularly useful to use a base film having a thickness between 5nm and 15nm. In particular, results with a base film thickness of about 10 nm are particularly good. As mentioned, in plasma nitriding or plasma oxynitriding in a process gas atmosphere containing no silicon, the silicon incorporated into the base film comes from the crystalline silicon substrate. For example, this thickness dependency of the effects obtained may possibly be related to a decreasing availability of silicon as the thickness of the base film increases, which then affects the composition of the base film, particularly with respect to its stoichiometry.

Eine weitere Verbesserung der Oberflächenpassivierung wird erzielt, wenn im Basisfilm Wasserstoff, insbesondere eindiffundierter Wasserstoff vorhanden ist. A further improvement of the surface passivation is achieved if hydrogen, in particular diffused hydrogen, is present in the base film.

Ein weiterer überraschender Vorteil ergibt sich bei Verwendung von erfindungsgemäßen Solarzellen mit der über das erfindungsgemäße Verfahren erzeugbaren Kombinationsschicht für eine Vielzahl von Solarmodulen, die mit einem String in Serie geschaltet sind, da sich dann eine spürbare Reduktion des PID-Effekts ergibt. A further surprising advantage results when solar cells according to the invention are used with the combination layer producible by the process according to the invention for a plurality of solar modules which are connected in series with a string, since then a noticeable reduction in the PID effect results.

Die Erfindung wird weiter an Hand von Figuren erläutert. Es zeigt: The invention will be further explained with reference to figures. It shows:

1: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Kombinationsschicht als Antireflexschicht, und 1 A first embodiment of a solar cell with a combination layer according to the invention as an antireflection layer, and

2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Kombinationsschicht als Rückseitenpassivierung. 2 A second exemplary embodiment of a solar cell with a combination layer according to the invention as backside passivation.

Es wird darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Übersichtlichkeit die Dimensionen der Solarzelle, insbesondere die relative Dicke einzelner Schichten zueinander, nicht maßstabsgerecht dargestellt ist. It should be noted that for reasons of clarity, the dimensions of the solar cell, in particular the relative thickness of individual layers to each other, is not drawn to scale.

1 zeigt eine Solarzelle 100 mit einem kristallinen Siliziumsubstrat 101. In dem kristallinen Siliziumsubstrat 101 ist durch Dotierung eine p-dotierte Basis 102 und ein stark n-dotierter Emitter 103 sowie ein stark p-dotierter Back- Surface-Field-Bereich 104 erzeugt worden. Auf der Oberseite des kristallinen Siliziumsubstrats 101 ist zumindest abschnittsweise eine Antireflexschicht 105 aufgebracht, die als Kombinationsschicht aus einem direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats 101 aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm 105a aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm 105a angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Sihaltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht 105b aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgebildet ist. Durch einen rückseitigen Kontakt 106 aus Metall und einen gitterartigen vorderseitigen Kontakt 107 aus Metall ist die Solarzelle 100 mit Anschlüssen versehen bzw. kontaktiert. 1 shows a solar cell 100 with a crystalline silicon substrate 101 , In the crystalline silicon substrate 101 is by doping a p-doped base 102 and a heavily n-doped emitter 103 and a heavily p-doped back-surface field area 104 been generated. On top of the crystalline silicon substrate 101 is at least partially an antireflection coating 105 applied as a combination layer of one directly on a surface of the crystalline silicon substrate 101 applied, by plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , N 2 O or a mixture of these gases producible base film 105a of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and with one directly to the base film 105a adjacent, obtainable by subsequent PECVD deposition using at least one Si-containing process gas silicon topcoat 105b is formed of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y . Through a back contact 106 made of metal and a grid-like frontal contact 107 The solar cell is made of metal 100 provided with connections or contacted.

2 zeigt eine Solarzelle 200 mit einem kristallinen Siliziumsubstrat 201, in dem durch Dotierung eine p-dotierte Basis 202 und ein stark n-dotierter Emitter 203. Auf der Oberseite des kristallinen Siliziumsubstrats 201 ist zumindest abschnittsweise eine Antireflexschicht 204 aufgebracht, die hier als konventionelle Antireflexschicht dargestellt ist, aber auch, wie in 1, als erfindungsgemäße Kombinationsschicht ausgeführt werden kann. Auf der anderen Seite des kristallinen Siliziumsubstrats 201 – die Verwendung des Wortes „Unterseite“ wird hier bewusst vermieden, da es sich um eine bifaziale Solarzelle handelt- ist eine Rückseitenpassivierungsschicht 205 angeordnet, die als Kombinationsschicht aus einem direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats 201 aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm 205a aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm 205a angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht 205b aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgebildet ist. Durch einen gitterartigen rückseitigen Kontakt 206 aus Metall und einen gitterartigen vorderseitigen Kontakt 207 aus Metall ist die Solarzelle 200 mit Anschlüssen versehen bzw. kontaktiert. 2 shows a solar cell 200 with a crystalline silicon substrate 201 in which by doping a p-doped base 202 and a heavily n-doped emitter 203 , On top of the crystalline silicon substrate 201 is at least partially an antireflection coating 204 applied, which is shown here as a conventional antireflection coating, but also, as in 1 , Can be performed as a combination layer according to the invention. On the other side of the crystalline silicon substrate 201 - The use of the word "bottom" is deliberately avoided here because it is a bifacial solar cell is a backside passivation layer 205 arranged as a combination layer of a directly on a surface of the crystalline silicon substrate 201 applied, by plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , N 2 O or a mixture of these gases producible base film 205a of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and with one directly to the base film 205a adjacent, obtainable by subsequent PECVD deposition using at least one Si-containing process gas silicon topcoat 205b is formed of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y . Through a grid-like back contact 206 made of metal and a grid-like frontal contact 207 The solar cell is made of metal 200 provided with connections or contacted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 200 100, 200
Solarzelle solar cell
101, 201 101, 201
kristallines Siliziumsubstrat crystalline silicon substrate
102, 202 102, 202
Basis Base
103, 203 103, 203
Emitter emitter
104 104
Back-Surface-Field-Bereich Back-surface field area
105, 204 105, 204
Antireflexschicht Anti-reflective coating
205 205
Rückseitenpassivierungsschicht Rückseitenpassivierungsschicht
105a, 205a 105a, 205a
Basisschicht base layer
105b, 205b 105b, 205b
Siliziumdeckschicht silicon top layer
106, 107, 206, 207 106, 107, 206, 207
Kontakt Contact

Claims (9)

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100, 200) mit den Schritten: Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201); Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zur Erzeugung einer Basis (102, 202) und eines zweiten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zum Erzeugen eines Emitters (103, 203); Bilden einer Kombinationsschicht (105, 205) durch Durchführung einer Plasmanitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und unverzügliche Durchführung eines unmittelbar an die Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung anschließenden PECVD-Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhaltigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,; und Kontaktieren von Basis (102, 202) und Emitter (103, 203). Process for producing a solar cell ( 100 . 200 comprising the steps of: providing a crystalline silicon substrate ( 101 . 201 ); Doping at least a first region of the silicon substrate ( 101 . 201 ) to create a base ( 102 . 202 ) and a second region of the silicon substrate ( 101 . 201 ) for generating an emitter ( 103 . 203 ); Forming a combination layer ( 105 . 205 by performing a plasma nitration or a plasma oxinitration in a plasma of NH 3 , N 2 O. or a mixture of these gases to produce a base film ( 105a . 205a of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and immediate performance of a PECVD process directly following the plasma nitriding or plasma oxynitriding using at least one silicon-containing process gas for depositing a silicon covering layer ( 105b . 205b ) of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y ,; and contacting Base ( 102 . 202 ) and emitter ( 103 . 203 ). Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100, 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kombinationsschicht (105, 205) bereits gebildet ist, Wasserstoff in den Basisfilm (105a, 205a) eindiffundiert wird. Process for producing a solar cell ( 100 . 200 ) according to claim 1, characterized in that at a time when the combination layer ( 105 . 205 ) is already formed, hydrogen in the base film ( 105a . 205a ) is diffused. Solarzelle (100, 200) mit einem kristallinen Siliziumsubstrat (101, 201) mit einer Basis (102, 202), einem Emitter (103, 203) und Kontakten (106, 107, 206, 207), dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (100, 200) ferner eine Kombinationsschicht (105, 205) mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201) aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N2O oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm (105a, 205a) angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy aufweist.Solar cell ( 100 . 200 ) with a crystalline silicon substrate ( 101 . 201 ) with a base ( 102 . 202 ), an emitter ( 103 . 203 ) and contacts ( 106 . 107 . 206 . 207 ), characterized in that the solar cell ( 100 . 200 ) furthermore a combination layer ( 105 . 205 ) having an at least partially directly on a surface of the crystalline silicon substrate ( 101 . 201 ) applied by plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , N 2 O or a mixture of these gases base film ( 105a . 205a ) of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and one directly to the base film ( 105a . 205a ) adjacent, by subsequent PECVD deposition using at least one Si-containing process gas obtainable silicon top layer ( 105b . 205b ) of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y . Solarzelle (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (100) eine Antireflexschicht (105) aufweist und dass die Kombinationsschicht (105a, 105b) die Antireflexschicht (105) bildet. Solar cell ( 100 ) according to claim 3, characterized in that the solar cell ( 100 ) an antireflection coating ( 105 ) and that the combination layer ( 105a . 105b ) the antireflective layer ( 105 ). Solarzelle (200) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (200) eine Rückseitenpassivierungsschicht (205) aufweist, und dass die Kombinationsschicht (205a, 205b) die Rückseitenpassivierungsschicht (205) bildet. Solar cell ( 200 ) according to claim 3, characterized in that the solar cell ( 200 ) a backside passivation layer ( 205 ), and that the combination layer ( 205a . 205b ) the backside passivation layer ( 205 ). Solarzelle (100) nach einem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx ist, das eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiNx-Filme hat oder dass der Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiOxNy ist und eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiOxNy-Filme hat. Solar cell ( 100 ) according to any preceding claim, characterized in that the base film ( 105a . 205a of amorphous SiN x , which has a higher density than SiN x films which can be produced with pure PECVD deposition processes, or that the base film ( 105a . 205a ) of amorphous SiO x N y and has a higher density than SiO x N y films producible with pure PECVD deposition processes. Solarzelle (100, 200) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisfilm (105a, 205a) eine Dicke zwischen 5nm und 15nm aufweist. Solar cell ( 100 . 200 ) according to one of claims 3 to 6, characterized in that the base film ( 105a . 205a ) has a thickness between 5nm and 15nm. Solarzelle (100, 200) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Basisfilm (105a, 205a) Wasserstoff, insbesondere eindiffundierter Wasserstoff, vorhanden ist. Solar cell ( 100 . 200 ) according to one of claims 3 to 7, characterized in that in the base film ( 105a . 205a ) Hydrogen, in particular diffused hydrogen, is present. Verwendung von Solarzellen (100, 200) nach einem der Ansprüche 3 bis 8 für eine Vielzahl von Solarmodulen, die mit einem String in Serie geschaltet sind. Use of solar cells ( 100 . 200 ) according to one of claims 3 to 8 for a plurality of solar modules, which are connected in series with a string.
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