DE102011103538A1

DE102011103538A1 - Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten sowie dotiertes Halbleitersubstrat und Verwendung

Info

Publication number: DE102011103538A1
Application number: DE102011103538A
Authority: DE
Inventors: Johannes Seiffe; Dr. Rentsch Jochen; Dr. Hofmann Marc
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem auf der Vorder- und/oder Rückseite eines Halbleitersubstrates mindestens eine Dotierstoffquelle zumindest bereichsweise abgeschieden wird und eine Hochtemperaturdiffusion des mindestens einen Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat erfolgt. Als Dotierstoffquelle wird hierbei dotiertes amorphes Silizium eingesetzt. Ebenso betrifft die Erfindung ein derart dotiertes Halbleitersubstrat sowie die Verwendung von amorphem Silizium als Dotierstoffquelle für die Herstellung von Halbleiterbauelementen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem auf der Vorder- und/oder Rückseite eines Halbleitersubstrates mindestens eine Dotierstoffquelle zumindest bereichsweise abgeschieden wird und eine Hochtemperaturdiffusion des mindestens einen Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat erfolgt. Als Dotierstoffquelle wird hierbei dotiertes amorphes Silizium eingesetzt. Ebenso betrifft die Erfindung ein derart dotiertes Halbleitersubstrat sowie die Verwendung von amorphem Silizium als Dotierstoffquelle für die Herstellung von Halbleiterbauelementen.
Der für die Trennung der Ladungsträger verantwortliche p-n-Übergang in kristallinen Siliziumsolarzellen wird standardmäßig durch Diffusion eines Phosphoremitters in bordotiertes p-Typ Silizium erreicht. Diese Diffusion vollzieht sich aus einer phosphorhaltigen Siliziumoxidschicht, dem sogenannten Phosphorsilikatglas (PSG), das entweder in einer POCl₃-Atmosphäre bei hohen Temperaturen aufwächst oder durch vorheriges Aufsprühen von Phosphorsäure auf den Wafer (Nakano, K., et al. Development of a novel phosphorus spray diffusion system for low cost silicon solar cells. in 12th Workshop an Crystalline Silicon Solar Cell Materials and Processes, 2002, Denver, Colorado, USA) entsteht. Auch eine Abscheidung von PSG mittels verschiedenen CVD-Verfahren wurde bereits umgesetzt (Sivoththaman, S., et al., Selective emitters in Si by single step rapid thermal diffusion for photovoltaic devices. IEEE Electron Device Letters, 2000. 21(6): p. 274–6).
Bei auf n-Typ-Silizium basierenden Solarzellen kann eine äquivalente Diffusion aus borhaltigem Siliziumoxid (BSG) verwendet werden.
Die entstandenen Siliziumoxid-Dotierstoffquellen werden nach der Diffusion in einem nasschemischen Prozess unter Verwendung von schwach konzentrierter Flusssäure (HF) entfernt.
Aufgrund des konzentrationsabhängigen Diffusionskoeffizienten von Phosphor in Silizium entsteht das typische „kink and tail”-Konzentrationsprofil, welches eine hohe Phosphorkonzentration an der Siliziumoberfläche („kink”) beinhaltet. Die hohe Konzentration an Phosphoratomen führt zu einer stark erhöhten Augen-Rekombination und einer hohen Defektstellendichte. Eine entscheidende Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des diffundierten Phosphoremitters kann entweder durch ein weiteres Eintreiben des Phosphors mittels einer thermischen Oxidation bei hohen Temperaturen, wobei gleichzeitig die höchstdotierte oberflächennahe Siliziumschicht oxidiert wird bzw. nicht elektrisch aktiver Phosphor weiter in das kristalline Silizium eindiffundiert wird, oder durch homogenes Rückätzen der rekombinationsaktiven Oberflächenzone geschehen.
Das Rückätzen der oberflächennahen Emitterzone wird bisher durch eine stark verdünnte wässrige Lösung von Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO₃) umgesetzt [Haverkamp, H., et al. Minimizing the Electrical Losses an the Front Side: Development of a Selective Emitter Process from a Single Diffusion. in Proceedings of the 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, May 11–16. 2008. San Diego, CA] oder andere saure Lösungen ( WO/2010/081661 ). Hierbei muss das PSG in einem vorherigen Ätzschritt in HF und das entstehende poröse Silizium in einem nachfolgenden Ätzschritt in KOH-haltiger Lösung entfernt werden.
In der Vergangenheit wurden des Weiteren Ansätze publiziert, bei denen die rekombinative Oberfläche mittels plasmachemischer Verfahren entfernt wurde. Der Vorteil eines solchen Ansatzes liegt darin, den Ätzschritt ohne Verlassen des Vakuums mit der nachfolgenden Oberflächenpassivierung zu verbinden (Seiffe, J., et al. Improved Emitters by Dry Etching. in Proceedings of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2010, Valencia).
Auch die Siliziumoxid-Dotierstoffquelle kann in plasmachemischen Prozessen entfernt werden. Die dabei verwendeten Kohlenstoff-Fluor-haltigen Ätzgase weisen zwar eine hohe Ätzselektivität zwischen Siliziumoxid und Silizium auf (Rentsch, J., et al. Dryphosphorus silicate glass etching for ctystalline Si solar cells, in Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference) und ermöglichen somit ein schnelles Entfernen der Siliziumoxidschicht, sie hinterlassen jedoch auch eine Polymerschicht auf der Siliziumoberfläche, die in einem weiteren Plasmaätzprozess wieder entfernt werden muss.
Sowohl nasschemisch als auch plasmachemisch ist es bisher nicht möglich kontrollierbar in einem Prozessschritt sowohl die Diffusionsquelle (PSG) und die rekombinative Oberflächenzone zu entfernen, da die Ätzselektivität sowohl für plasmachemische Ätzverfahren als auch für nasschemische Ätzlösungen zu groß ist.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten bereitzustellen, bei dem die Dotierstoffquelle ebenso wie die rekombinative Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Prozessschritt entfernt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das dotierte Halbleitersubstrat mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. In Anspruch 17 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten bereitgestellt, bei dem auf der Vorder- und/oder Rückseite eines Halbleitersubstrats mindestens eine Dotierstoffquelle zumindest bereichsweise abgeschieden wird und eine Hochtemperaturdiffusion des mindestens einen Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat erfolgt. Ein besonderes Merkmal der Erfindung hierbei ist es, dass als Dotierstoffquelle dotiertes Silizium mit einem minimalen Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von mindestens 60 at-% eingesetzt wird.
Durch die Verwendung von dotiertem, amorphem Silizium als Dotierstoffquelle kann die Dotierstoffschicht nach einer Hochtemperaturdiffusion in einem ätzenden Plasmaverfahren oder in einer ätzenden nasschemischen Lösung in einem Prozessschritt mit der rekombinativen Emitteroberfläche entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt insbesondere Vorteile bei der Anwendung von plasmachemischen Ätzverfahren, da hierbei nach der Hochtemperaturdiffusion das Rückätzen der Diffusionsquelle, das Rückätzen der rekombinativen Oberfläche und die anschließende Abscheidung einer Oberflächenpassivierungsschicht in einer Vakuumanlage (mit zwei Plasmaprozessen) vollzogen werden kann. Für eine auf Nasschemie basierende Rückätzvariante besteht der Vorteil darin, dass die Entfernung der Dotierstoffquelle in einem Prozessschritt mit dem Rückätzen der Emitteroberfläche vollzogen werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet sich insbesondere für die Einbindung in einen auf plasmachemischen Ätz- und Beschichtungsverfahren (Vakuumprozesse) basierenden Solarzellenherstellungsprozess an. Plasmaverfahren können in der kristallinen Solarzellenherstellung eine kostengünstige Alternative zu nasschemischen Ätz- und Reinigungsverfahren sein, so fern sich die verschiedenen Prozesse in Clustern zusammenfassen lassen, um Ein- und Ausschleusvorgänge aus dem Vakuum zu vermeiden. Die Abscheidung einer a-Si-Dotierstoffquelle kann in so einem Herstellungsprozess im gleichen Vakuumschritt erfolgen, wie eine vorhergehende Plasmatextur während das Rückätzen der Dotierstoffquelle und der phosphorreichen Oberflächenkonzentration in einem Vakuumschritt mit der anschließenden Antireflexbeschichtung erfolgen kann. Eine weitere Vereinfachung des Herstellungsprozesses durch die Emitterbildung aus einer abgeschiedenen Schicht ist, dass der Emitter nur auf der Vorderseite entsteht und deshalb auch die Kantenisolation am Ende der Solarzellenproduktion überflüssig wird. Neben den möglichen Produktionsvereinfachungen führt der entstehende Emitter aufgrund des Rückätzens der stark rekombinativen Siliziumoberfläche zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades gegenüber einer Standardsolarzelle.
Desweiteren kann die Verwendung von hochdotiertem, amorphem Silizium als Dotierstoffquelle zu einem Gettern von Metallverunreinigungen in der amorphen Siliziumschicht während des Hochtemperaturschrittes führen. Da diese Schicht anschließend entfernt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zu einer Verbesserung der Materialqualität des dotierten Halbleitersubstrats gegenüber einem Standarddiffusionsprozess führen.
Vorzugsweise besteht die Dotierstoffquelle im Wesentlichen aus amorphem Silizium, bevorzugt mit einem Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von mindestens 80 at-%, besonders bevorzugt von mindestens 90 at-%.
Vorzugsweise weist die Dotierstoffquelle amorphes, nanokristallines und/oder mikrokristallines Silizium auf oder besteht im Wesentlichen aus diesem.
Der Dotierstoff ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen, Antimon und Kombinationen hiervon.
Das Halbleitersubstrat ist vorzugsweise vom p-Typ oder vom n-Typ. Hierbei ist es bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Silizium, Germanium, Siliziumcarbid, einem III-V-Halbleiter oder einem II-VI-Halbleiter.
Vorzugsweise erfolgt die Abscheidung der Dotierstoffquelle mittels einer Gasphasenabscheidung, insbesondere einer chemischen (CVD) oder physikalischen (PVD) Gasphasenabscheidung.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass durch bereichsweise Abscheidung der Dotierstoffquelle lokal strukturierte dotierte Bereiche auf dem Halbleitersubstrat erzeugt werden können. Desweiteren können durch Verwendung lokaler Laserdiffusion strukturierte Bereiche hergestellt werden.
Es ist weiter bevorzugt, dass mit der Abscheidung der Dotierstoffquelle im gleichen Vakuumbehandlungsschritt eine Texturierung des Halbleitersubstrats erfolgt.
Das Rückätzen erfolgt vorzugsweise mittels eines Plasmaverfahrens, besonders bevorzugt mit den Gasen SF, CF₄, NF₃, COF₂ und F₂, oder eines nasschemischen Verfahrens, insbesondere mit einer Lösung aus HF, HNO₃ oder KOH.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass mit dem Rückätzen im gleichen Vakuumbehandlungsschritt eine Oberflächenpassivierung des Halbleitersubstrates erfolgt.
Eine Diffusion aus der a-Si-Schicht in sauerstoffhaltiger Atmosphäre führt zu einem schnellen Aufoxidieren der a-Si-Schicht. Dies widerspricht zwar dem Vorteil des einfachen Rückätzprozesses, kann aufgrund der geringeren Löslichkeit von Dotierstoffen in der entstehenden Oxidschicht zu einer Segregation des Dotierstoffes und somit zu einem beschleunigten Eintreiben in das kristalline Silizium führen.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein dotiertes Halbleitersubstrat mit mindestens einer auf der Vorder- und/oder Rückseite zumindest bereichsweise abgeschiedenen Schicht aus dotiertem amorphem Silizium als Dotierstoffquelle bereitgestellt. Der Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen in der Dotierstoffquelle beträgt dabei insgesamt mindestens 60 at-%.
Vorzugsweise weist die Dotierstoffquelle einen Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von insgesamt mindestens 80 at-%, insbesondere von insgesamt mindestens 90 at-%, in der Dotierstoffschicht auf.
Die Dotierstoffquelle weist vorzugsweise amorphes, nanokristallines und/oder mikrokristallines Silizium auf oder besteht im Wesentlichen aus diesem.
Das Halbleitersubstrat ist dabei zumindest bereichsweise mit Dotierstoffen aus der Dotierstoffquelle dotiert, d. h. es handelt sich um das dotierte Halbleitersubstrat nach Durchführung der Hochtemperaturdiffusion.
Ebenso wird erfindungsgemäß die Verwendung von dotiertem amorphem Silizium als Dotierstoffquelle für die Dotierung von Halbleitersubstraten oder das Gettern von Metallverunreinigungen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Solarzellen, aus kristallinem Silizium bereitgestellt.
Anhand der nachfolgenden Figuren und des Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
1 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der einzelnen Prozessschritte sowie dem zugehörigen Diffusionsprofil.
2 zeigt anhand eines Flussdiagramms mit den zugehörigen Verfahrensschritten eine Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt den Vergleich der Prozesskette aus dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Prozesskette.
4 zeigt anhand eines Flussidagramms eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 zeigt in einem Diagramm Schichtwiderstände in Abhängigkeit von der Schichtdicke des Emitters eines erfindungsgemäßen dotierten Halbleitersubstrats.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten ist in 1 anhand des Beispiels einer Phosphordiffusion in p-Typ-Silizium dargestellt. Analog könnte der Prozess auch mit borhaltigen, amorphen Siliziumschichten zur Bordiffusion verwendet werden. Für Phosphor und Bor kann sowohl die Diffusion eines Emitters (p-n-Übergang) als auch die Diffusion eines Front- oder Back-Surface-Fields (p-p⁺- oder n-n⁺-Übergang) realisiert werden. Dabei ist eine einseitige Bearbeitung der Substrate möglich, die beispielsweise auf der ersten Seite einen p-n-Übergang und auf der zweiten Seite einen Hoch-Niedrig-Übergang (p-p⁺- oder n-n⁺-Übergang mit Hilfe nur eines Hochtemperaturschritts ermöglicht.
In linken Teil der Darstellung ist die Prozesssequenz dargestellt, während im rechten Teil das Phosphorprofil in der Schicht aus amorphem Silizium und in der Schicht aus kristallinem Silizium dargestellt ist. In der Prozesssequenz wird zunächst ein Siliziumwafer mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung mit einer amorphen Siliziumschicht vom n-Typ beschichtet. Anschließend erfolgt der Hochtemperaturdiffusionsschritt, bei dem die Dotierstoffe (im vorliegenden Fall Phosphor) in die kristalline Siliziumschicht diffundieren. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt dann ein Rückätzen, bei dem die Reste der amorphen Siliziumschicht entfernt werden. Das Phosphorprofil zeigt, dass während der Beschichtung mit der amorphen Siliziumschicht nur in dieser Diphosphoratome enthalten sind. Im Hochtemperatur-Diffusionsschritt kommt es dann zur Diffusion des Phosphors in die kristalline Siliziumschicht. Beim Rückätzen werden die amorphe Siliziumschicht sowie die hochdotierte und somit rekombinative Siliziumoberfläche entfernt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im konkreten Fall wie im Folgenden beschrieben zu einem vereinfachten Herstellungsprozess für kristalline Solarzellen bei gleichzeitiger Effizienzsteigerung führen (2).
In 2 ist im linken Teil ein Herstellungsprozess nach dem Stand der Technik und im rechten Teil ein erfindungsgemäßer Herstellungsprozess dargestellt.
Nach dem Stand der Technik wird zunächst eine Sägeschadenätze und/oder Texturierung des Wafers durchgeführt. Daran schließt sich eine Diffusion der Dotierstoffe mit POCl₃ an. Anschließend erfolgt eine Entfernung des Phosphorsilikatglases(PSG) mittels verdünnter Flusssäure (HF). In weiteren Prozessschritten wird dann eine Antireflexbeschichtung abgeschieden sowie eine Metallisierung aufgebracht. Hieran schließt sich das Feuern der Kontakte an. Schließlich wird noch eine Kantenisolation durchgeführt.
Erfindungsgemäß kann nun die Sägeschadenätze und/oder Texturierung zusammen mit der Beschichtung mit einer amorphen Siliziumschicht, die Phosphor als Dotierstoffe aufweist, in einem einzigen Vakuumschritt durchgeführt werden. Es schließt sich hieran ein Diffusionsschritt in einem Inertgas, z. B. Stickstoff, an. In einem folgenden Prozessschritt erfolgt dann das Plasmaätzen der amorphen Siliziumschicht sowie der kristallinen Siliziumoberfläche sowie anschließend die Abscheidung einer Antireflexbeschichtung. Auch diese Schritte können in einem einzigen Vakuumschritt durchgeführt werden. Hieran schließt sich dann noch die Metallisierung und das Feuern der Kontakte an.
Anhand der in 3 dargestellten Prozessketten zur Herstellung selektiver Emitterstrukturen soll die aus dem Stand der Technik bekannte Prozesskette (links) mit der erfindungsgemäßen Prozesskette (rechts) verglichen werden.
Gemäß dem Stand der Technik wird zunächst eine Sageschadenätze und/oder Texturierung durchgeführt, an die sich dann die Diffusion mit POCl₃ anschließt. Zur Herstellung selektiver Emitterstrukturen wird dann eine lokale Laserdiffusion durchgeführt, der sich die Entfernung des Phosphorsilikatglases (PSG) mittels verdünnter Flusssäure (HF) anschließt. Nachfolgend erfolgen dann ein Rückätzen mit Flusssäure/Salpetersäure und ein poröses Silizium-Ätzen mittels KOH. Abschließend erfolgen dann die Antireflex-Beschichtung sowie eine Metallisierung.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Sägeschadenätze und/oder Texturierung sowie die Beschichtung mit der amorphen Siliziumschicht (mit Phosphor als Dotierstoff) in einem einzigen Vakuumschritt durchgeführt. Anschließend erfolgen die lokale Laserdiffusion sowie eine Diffusion in einem Inertgas, z. B. Stickstoff. Anschließend erfolgen das Plasmaätzen der amorphen Siliziumschicht sowie der kristallinen Silizium-Oberfläche sowie eine Antireflex-Beschichtung, wobei diese beiden Schritte in einem einzigen Vakuumschritt durchgeführt werden können. Abschließend erfolgen dann die üblichen Metallisierungs- und Kontaktierungsschritte.
Eine selektive Emitterstruktur mit hochdotierten Bereichen unter den Kontaktfingern zur besseren Kontaktausbildung zwischen Silizium und Metall und einem niedrigdotierten Zwischenfingerbereich zur Verminderung der Rekombinationsverluste in der nichtkontaktierten Fläche kann unter Verwendung von lokaler Laserdiffusion einfach mit dem beschriebenen aus a-Si diffundierten Emitter kombiniert werden. Ein Vorteil der a-Si-Dotierstoffquelle ist hierbei die ähnliche Schmelztemperatur zum kristallinen Silizium, die ein homogenes Schmelzen und Eindiffundieren des Phosphors im flüssigen Zustand während des Laserdiffusionsprozesses erlaubt. Des Weiteren kann die Laserdiffusion bereits vor dem Hochtemperaturdiffusionsschritt vollzogen werden, so dass laserinduzierte Kristallschädigungen durch die hohe Temperatur ausgeheilt werden können.
Anhand der 4 wird eine auf Vakuumprozessen basierte Prozesskette zur Herstellung einer beidseitig flächig und lokal diffundierten passivierten Solarzelle beschrieben. Die erfindungsgemäße Prozessführung ermöglicht so eine sehr einfache und massenproduktionstaugliche Herstellungsweise einer solchen Hocheffizienzstruktur.
In 4 ist die erfindungsgemäße Prozesskette für die Herstellung von beidseitig bearbeiteten Solarzellen dargestellt.
Hier wird zunächst eine Sägeschadenätze und/oder Texturierung zusammen mit der Beschichtung auf der Vorderseite mit einer amorphen Siliziumschicht (mit Phosphor als Dotierstoff) und der Beschichtung auf der Rückseite mit einer amorphen Siliziumschicht (mit Bor als Dotierstoff) in einem einzigen Vakuumschritt durchgeführt. Anschließend erfolgt die lokale Laserdiffusion auf der Vorder- und Rückseite des Wafers und hieran schließt sich eine Diffusion in einem Inertgas, z. B. Stickstoff, an. In einem sich anschließenden Vakuumschritt kann dann die Plasmaätzung der amorphen Siliziumschicht auf der Vorderseite und der kristallinen Siliziumoberfläche sowie die Antireflex-Beschichtung auf der Vorderseite zusammen mit der Plasmaätzung der amorphen Siliziumschicht auf der Rückseite sowie der Abscheidung der Passivierungsschicht auf der Rückseite durchgeführt werden. Abschließend erfolgt dann noch die Metallisierung und Kontaktierung der Solarzelle.
Beispiel
An einer Hochdurchsatz-Inline-PECVD-Anlage (Roth&Rau, SiNA L) wurde dotiertes amorphes Silizium aus einem Gasgemisch von Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂) und Phosphin (PH₃) mit einem Gasflussverhältnis SiH₄:PH₃:H₂ = 20:1:100 auf bordotierte Siliziumwafer mit einem Basiswiderstand von ρ = 1 Ωcm in verschiedenen Dicken abgeschieden. Nach einer Hochtemperatur-Diffusion bei 910°C für 25 min entsteht eine oberflächennahe, phosphordotierte Zone (Emitter), wie sich an den gemessenen Schichtwiderständen zeigt (siehe 5).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/081661 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Nakano, K., et al. Development of a novel phosphorus spray diffusion system for low cost silicon solar cells. in 12th Workshop an Crystalline Silicon Solar Cell Materials and Processes, 2002, Denver, Colorado, USA [0002]
Sivoththaman, S., et al., Selective emitters in Si by single step rapid thermal diffusion for photovoltaic devices. IEEE Electron Device Letters, 2000. 21(6): p. 274–6 [0002]
Haverkamp, H., et al. Minimizing the Electrical Losses an the Front Side: Development of a Selective Emitter Process from a Single Diffusion. in Proceedings of the 33rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, May 11–16. 2008. San Diego, CA [0006]
Seiffe, J., et al. Improved Emitters by Dry Etching. in Proceedings of the 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2010, Valencia [0007]
Rentsch, J., et al. Dryphosphorus silicate glass etching for ctystalline Si solar cells, in Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference [0008]

Claims

Verfahren zur Dotierung von Halbleitersubstraten, bei dem • auf der Vorder- und/oder Rückseite eines Halbleitersubstrats mindestens eine Dotierstoffquelle zumindest bereichsweise abgeschieden wird und • eine Hochtemperaturdiffusion des mindestens einen Dotierstoffs in das Halbleitersubstrat erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoffquelle dotiertes Silizium mit einem Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von mindestens 60 At-% eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Rückätzens die abgeschiedene Dotierstoffquelle und/oder die rekombinativen Oberflächenbereiche des dotierten Halbleitersubstrats entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffquelle im Wesentlichen aus dotiertem Silizium besteht, bevorzugt mit einem Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von mindestens 80 At-%, besonderes bevorzugt von mindestens 90 At-%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffquelle amorphes, nanokristallines und/oder mikrokristallines Silizium aufweist oder aus diesem im Wesentlichen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff ausgewählt ist aus der Gruppe Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen, Antimon und Kombinationen hiervon.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat vom p-Typ oder vom n-Typ ist und ausgewählt ist aus der Gruppe Silizium, Germanium, Siliziumcarbid, einem III-V-Halbleiter, einem II-VI-Halbleiter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Dotierstoffquelle mittels einer Gasphasenabscheidung, insbesondere einer chemischen (CVD) oder physikalischen (PVD) Gasphasenabscheidung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch bereichsweise Abscheidung der Dotierstoffquelle lokal strukturierte dotierte Bereiche auf dem Halbleitersubstrat erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abscheidung der Dotierstoffquelle im gleichen Vakuumbehandlungsschritt eine Texturierung des Halbleitersubstrats erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückätzen mittels eines Plasmaverfahrens, insbesondere mit den Gasen SF₆, CF₄, NE₃, COF₂ und F₂, oder eines nasschemischen Verfahrens, insbesondere mit einer Lösung aus HF und HNO₃ oder KOH, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rückätzen im gleichen Vakuumbehandlungsschritt eine Oberflächenpassivierung des Halbleitersubstrats erfolgt.
Dotiertes Halbleitersubstrat mit mindestens einer auf der Vorder- und/oder Rückseite zumindest bereichsweise abgeschiedenen Schicht aus dotiertem Silizium als Dotierstoffquelle, wobei der Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen in der Dotierstoffquelle insgesamt mindestens 60 At-% beträgt.
Dotiertes Halbleitersubstrat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierstoffquelle einen Anteil von Silizium-, Wasserstoff- und Dotierstoffatomen von insgesamt mindestens 80 At-%, insbesondere von mindestens 90 At-% aufweist.
Dotiertes Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dotierstoffquelle amorphes, nanokristallines und/oder mikrokristallines Silizium aufweist oder aus diesem im Wesentlichen besteht.
Dotiertes Halbleitersubstrat nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat zumindest bereichsweise mit Dotierstoffen aus der Dotierstoffquelle dotiert ist.
Dotiertes Halbleitersubstrat nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und herstellbar nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verwendung von dotiertem amorphem Silizium als Dotierstoffquelle für die Dotierung von Halbleitersubstraten oder das Gettern von Metallverunreinigungen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere Solarzellen aus kristallinem Silizium.