DE102012000541A1

DE102012000541A1 - Solarzelle und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102012000541A1
Application number: DE102012000541A
Authority: DE
Inventors: Jihoon Ko; Jinho Kim; Junyong Ahn; Daeyong Lee
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: JINGAO SOLAR CO., LTD., XINGTAI CITY, CN
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-07-19
Also published as: CN102593240B; KR101745683B1; US20120180860A1; KR20120082663A; CN102593240A

Abstract

Eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben werden offengelegt. Das Verfahren zur Herstellung der Solarzelle umfasst Bilden eines Emitter-Bereichs von einem einem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp bei einer ersten Oberfläche eines Substrats vom ersten Leitungstyp unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens, Bilden einer Passivierungsschicht auf einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche des Substrats, und Bilden einer ersten Elektrode, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht selektiv verbunden ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 14. Januar 2011 eingereichten koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2011-0004079 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich auf eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Beschreibung des Stands der Technik
Da erwartet wird, dass sich herkömmliche Energiequellen wie Erdöl und Kohle erschöpfen, ist in letzter Zeit das Interesse an alternativen Energiequellen zum Ersatz der bestehenden Energiequellen gestiegen. Unter den alternativen Energiequellen sind Solarzellen zum Erzeugen von elektrischer Energie aus Solarenergie besonders hervorgehoben worden.
Eine Solarzelle umfasst im Allgemeinen Halbleiter-Teile, die unterschiedliche Leitungstypen, wie zum Beispiel einen p-Typ und einen n-Typ, haben und einen p-n-Übergang bilden, und jeweils mit den Halbleiter-Teilen der verschiedenen Leitungstypen verbundene Elektroden.
Wenn Licht auf die Solarzelle einfällt, werden Elektron-Loch-Paare in den Halbleiter-Teilen erzeugt. Die Elektronen und die Löcher bewegen sich unter dem Einfluss des p-n-Übergangs jeweils zu dem n-Typ-Halbleiter-Teil und dem p-Typ-Halbleiter-Teil. Die Elektronen und die Locher werden durch die jeweils mit dem n-Typ-Halbleiter-Teil und dem p-Typ-Halbleiter-Teil verbundenen Elektroden gesammelt. Die Elektroden sind unter Verwendung von elektrischen Leitungen miteinander verbunden, um dadurch elektrische Energie zu gewinnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Unter einem Gesichtspunkt gibt es ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, umfassend Bilden eines Emitter-Bereichs von einem einem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp bei einer ersten Oberfläche eines Substrats von dem ersten Leitungstyp unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens, Bilden einer Passivierungsschicht auf einer gegenüber der ersten Oberfläche des Substrats angeordneten zweiten Oberfläche, und Bilden einer ersten Elektrode, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht selektiv verbunden ist.
Das Bilden des Emitter-Bereichs kann umfassen Implantieren von Verunreinigungen von dem zweiten Leitungstyp in die erste Oberfläche des Substrats unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens, um einen Verunreinigungsbereich bei der ersten Oberfläche des Substrats zu bilden, und Durchführen eines thermischen Verfahrens auf dem Substrat mit dem Verunreinigungsbereich in einer Sauerstoff-Atmosphäre, um den Verunreinigungsbereich in den Emitter-Bereich umzuwandeln und um erste und zweite thermische Oxid-Schichten auf den ersten und zweiten Oberflächen des Substrats zu bilden.
Das thermische Verfahren kann bei einer Temperatur von im Wesentlichen 700°C bis 900°C durchgeführt werden.
Das Verfahren kann ferner Entfernen der ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten umfassen.
Die Passivierungsschicht kann auf der zweiten thermischen Oxid-Schicht, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, gebildet werden.
Das Verfahren kann ferner Bilden einer Anti-Reflex-Schicht auf der ersten thermischen Oxid-Schicht, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, umfassen.
Die erste Elektrode kann mit dem Substrat durch die Anti-Reflex-Schicht und die erste thermische Oxid-Schicht verbunden sein.
Die Anti-Reflex-Schicht kann aus Siliciumnitrid gebildet sein.
Jede von den ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten kann eine Dicke von im Wesentlichen 15 nm bis 30 nm haben.
Das Verfahren kann ferner Bilden einer Anti-Reflex-Schicht auf dem Emitter-Bereich umfassen.
Die erste Elektrode kann mit dem Emitter-Bereich durch die Anti-Reflex-Schicht verbunden sein.
Die Passivierungsschicht kann aus Siliciumnitrid gebildet sein.
Das Bilden der Passivierungsschicht kann Bilden einer ersten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumoxid und Bilden einer zweiten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumnitrid umfassen.
Das Bilden der Passivierungsschicht kann Bilden einer ersten Passivierungsschicht unter Verwendung von Aluminiumoxid und Bilden einer zweiten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumnitrid umfassen.
Der erste Leitungstyp kann aus einem p-Typ sein, und der zweite Leitungstyp kann aus einem n-Typ sein. Alternativ kann der erste Leitungstyp aus einem n-Typ sein, und der zweite Leitungstyp kann aus einem p-Typ sein.
Das Verfahren kann ferner, vor dem Bilden des Emitter-Bereichs, Bilden einer strukturierten Oberfläche auf jeder von den ersten und zweiten Oberflächen des Substrats umfassen.
Das Verfahren kann ferner Polieren der auf der zweiten Oberfläche des Substrats gebildeten strukturierten Oberfläche umfassen, um eine ebene Oberfläche zu bilden.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt gibt es eine Solarzelle umfassend ein Substrat von einem ersten Leitungstyp einschließlich erster und zweiter Oberflächen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, einen Emitter-Bereich von einem dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp, der bei der ersten Oberfläche des Substrats unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens gebildet ist, eine erste Elektrode, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, eine auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnete Passivierungsschicht, und eine zweite Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht selektiv verbunden ist.
Der Emitter-Bereich kann einen Schichtwiderstand von im Wesentlichen 60 Ω/sq bis 120 Ω/sq haben.
Die Solarzelle kann ferner eine auf dem Emitter-Bereich angeordnete erste thermische Oxid-Schicht und eine auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnete zweite thermische Oxid-Schicht umfassen. Die Passivierungsschicht kann auf der zweiten thermischen Oxid-Schicht angeordnet sein. Die erste Elektrode kann mit dem Emitter-Bereich durch die erste thermische Oxid-Schicht verbunden sein, und die zweite Elektrode kann mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht und die zweite thermische Oxid-Schicht verbunden sein.
Jede von den ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten kann eine Dicke von im Wesentlichen 15 nm bis 30 nm haben.
Die Passivierungsschicht kann aus Siliciumnitrid gebildet sein.
Die Passivierungsschicht kann eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm haben.
Die Solarzelle kann ferner eine auf der ersten thermischen Oxid-Schicht angeordnete Anti-Reflex-Schicht haben. Die Anti-Reflex-Schicht kann aus Siliciumnitrid gebildet sein.
Die Solarzelle kann ferner eine auf dem Emitter-Bereich angeordnete Anti-Reflex-Schicht umfassen. Die erste Elektrode kann durch die Anti-Reflex-Schicht hindurch gehen und kann den Emitter-Bereich berühren. Die Anti-Reflex-Schicht kann aus Siliciumnitrid gebildet sein.
Die Passivierungsschicht kann eine erste Passivierungsschicht, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und aus Siliciumoxid gebildet ist, und eine zweite Passivierungsschicht, die auf der ersten Passivierungsschicht angeordnet ist und aus Siliciumnitrid gebildet ist, umfassen. In diesem Fall kann die erste Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 200 nm bis 300 nm haben, und die zweite Passivierungsschicht kann eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm haben.
Die Passivierungsschicht kann eine erste Passivierungsschicht umfassen, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und aus Aluminiumoxid gebildet ist, und eine zweite Passivierungsschicht, die auf der ersten Passivierungsschicht angeordnet ist und aus Siliciumnitrid gebildet ist. In diesem Fall kann die erste Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 30 nm bis 70 nm haben, und die zweite Passivierungsschicht kann eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm haben.
Die Solarzelle kann ferner einen Feld-Bereich umfassen, der an die zweite Elektrode angrenzt und bei dem Substrat angeordnet ist.
Rauigkeiten der ersten und zweiten Oberflächen des Substrats können im Wesentlichen zueinander gleich sein. Rauigkeiten der ersten und zweiten Oberflächen des Substrats können voneinander verschieden sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, welche einbezogen sind, um ein tiefergehendes Verständnis der Erfindung zu liefern, sind aufgenommen in und bilden einen Teil von dieser Beschreibung, stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erklären. In den Zeichnungen:
ist 1 eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
ist 2 ein Querschnitt entlang Linie II-II von 1;
zeigen 3A bis 3J nacheinander ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
ist 5 eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
ist 5 ein Querschnitt entlang Linie V-V von 4; und
zeigen 6A bis 6G nacheinander ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, beschrieben werden. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele begrenzt ausgelegt werden.
In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Filmen, Blenden, Bereichen, usw. zum Zwecke der Klarheit übertrieben. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente in der ganzen Beschreibung. Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als ”auf” einem anderen Element bezeichnet wird, es unmittelbar auf dem anderen Element sein kann oder dazwischenliegende Elemente ebenfalls vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als ”unmittelbar auf” einem anderen Element bezeichnet wird, keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden.
Eine Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Wie in 1 gezeigt umfasst eine Solarzelle 11 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Substrat 110, einen Emitter-Bereich 121, der bei einer Einfallsfläche (nachfolgend als ”eine vordere Oberfläche oder eine erste Oberfläche” bezeichnet) des Substrats 110 angeordnet ist, auf welche Licht einfällt, eine auf dem Emitter-Bereich 121 angeordnete Anti-Reflex-Schicht 130, ein mit dem Emitter-Bereich 121 verbundenes vorderes Elektroden-Teil (oder ein erstes Elektroden-Teil) 140, eine Passivierungsschicht 190, die auf einer Oberfläche (nachfolgend als „eine hintere Oberfläche oder eine zweite Oberfläche” bezeichnet) gegenüber der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordnet ist, ein hinteres Elektroden-Teil (oder ein zweites Elektroden-Teil) 150, das auf der Passivierungsschicht 190 angeordnet ist und mit dem Substrat 110 verbunden ist, und eine Vielzahl von Feld-Bereichen (das heißt, Rückseitenfeld-Bereiche, BSF) 172, die bei der hinteren Oberflächen des Substrats 110 selektiv angeordnet sind.
Das Substrat 110 ist ein Halbleiter-Substrat, das aus einem Halbleiter-Material wie zum Beispiel Silicium vom ersten Leitungstyp, zum Beispiel p-Typ-Silicium, jedoch nicht notwendigerweise, gebildet ist. Der Halbleiter ist ein kristalliner Halbleiter, wie zum Beispiel Einkristall-Silicium oder polykristallines Silicium.
Wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist, kann das Substrat 110 mit Verunreinigungen von einem Gruppe III-Element wie zum Beispiel Bor (B), Gallium (Ga) und Indium (In) dotiert sein. Alternativ kann das Substrat 110 von einem n-Typ sein und kann aus einem von Silicium verschiedenen Halbleiter-Material gebildet sein. Wenn das Substrat 110 vom n-Typ ist, kann das Substrat 110 mit Verunreinigungen von einem Gruppe V-Element wie zum Beispiel Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) dotiert sein.
Wie in den 1 und 2 gezeigt wird ein Strukturierungs-Verfahren unabhängig auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 durchgeführt, und somit haben die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats 110 jeweils eine strukturierte Oberfläche, die einer unebenen Oberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und einer Vielzahl von Vertiefungen oder mit ungleichmäßigen Eigenschaften entspricht. In diesem Fall haben der Emitter-Bereich 121 und die Anti-Reflex-Schicht 130, die auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordnet sind, und die Passivierungsschicht 190 und das hintere Elektroden-Teil 150, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnet sind, jeweils die strukturierte Oberfläche.
Wie oben beschrieben nimmt, da die vordere Oberfläche des Substrats 110 strukturiert ist, ein Einfallsbereich des Substrats 110 zu und eine Lichtreflexion nimmt aufgrund einer Vielzahl von durch die strukturierte Oberfläche bedingten Reflexionsvorgängen ab. Daher nimmt eine Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht zu, und der Wirkungsgrad der Solarzelle 11 wird verbessert. Darüber hinaus nimmt, da die hintere Oberfläche des Substrats 110 strukturiert ist, eine Menge von Licht, die durch das Substrat 110 hindurchtritt und wieder auf dem Substrat 110 reflektiert wird, durch die strukturierte hintere Oberfläche des Substrats 110 zu. Daher nimmt eine Menge von wieder auf das Substrat 110 auftreffendem Licht von der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110 zu. Alle Vorsprünge der strukturierten Oberfläche des in den 1 und 2 gezeigten Substrats 110 haben gleichermaßen einen maximalen Durchmesser ”a” und eine maximale Höhe ”b” aus Gründen der Zweckmäßigkeit. Da die maximalen Durchmesser ”a” und die maximale Höhen ”b” der Vorsprünge so bestimmt sind, dass sie nicht gleichförmig sind, haben die Vorsprünge jedoch tatsächlich die unterschiedlichen maximalen Durchmesser ”a” und die unterschiedlichen maximalen Höhen ”b”.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung können der maximale Durchmesser ”a” und die maximale Höhe ”b” von jedem der auf der vordere Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Vorsprünge ungefähr 5 μm bis 15 μm sein. Ferner kann ein Seitenverhältnis ”b/a” von jedem Vorsprung ungefähr 0,2 bis 2 sein.
Da jede von der vorderen und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche durch Verwendung von einem Verfahren bildet, sind die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats 110 im Wesentlichen einander gleich bezüglich einer Rauigkeit pro Flächeneinheit der strukturierten Oberfläche.
Da jedoch die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats 110 in dem Oberflächenzustand, der durch ein Ätz-Material freigelegten Oberflächengröße, usw. voneinander verschieden sind, kann die Rauigkeit der strukturierten vorderen Oberfläche des Substrats 110 verschieden von der Rauigkeit der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110 sein.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die hintere Oberfläche des Substrats 110 nicht die strukturierte Oberfläche haben, sondern eine flache Oberfläche. In diesem Fall kann die strukturierte hintere Oberfläche des Substrats 110 durch ein separates Verfahren, zum Beispiel ein Polierverfahren, in die flache Oberfläche umgewandelt werden.
Der Emitter-Bereich 121 ist ein mit Verunreinigungen von einem dem ersten Leitungstyp (zum Beispiel p-Typ) entgegengesetzten zweiten Leitungstyp (zum Beispiel n-Typ) des Substrats 110 dotierter Bereich. Somit bildet der Emitter-Bereich 121 des zweiten Leitungstyps einen p-n-Übergang mit einem Bereich vom ersten Leitungstyp des Substrats 110.
Eine Vielzahl von durch auf das Substrat 110 einfallendes Licht erzeugten Elektron-Loch-Paaren werden durch eine eingebaute Potential-Differenz, die sich aus dem p-n-Übergang zwischen dem Substrat 110 und dem Emitter-Bereich 121 ergibt, in Elektronen und Löcher getrennt. Dann bewegen sich die Elektronen zu dem n-Typ-Halbleiter, und die Löcher bewegen sich zu dem p-Typ-Halbleiter. Somit bewegen sich, wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist und der Emitter-Bereich 121 vom n-Typ ist, die Löcher zu dem Substrat 110 und bewegen sich die Elektronen zu dem Emitter-Bereich 121.
Da der Emitter-Bereich 121 den p-n-Übergang mit dem Substrat 110 bildet, kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Emitter-Bereich 121 vom p-Typ sein, wenn das Substrat 110 vom n-Typ. In diesem Fall bewegen sich die Elektronen zu dem Substrat 110 und die Löcher bewegen sich zu dem Emitter-Bereich 121
Zurückkehrend zu dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, wenn der Emitter-Bereich 121 vom n-Typ ist, der Emitter-Bereich 121 durch Dotieren des Substrats 110 mit Verunreinigungen eines Gruppe V-Elements unter Verwendung von, zum Beispiel, einem Ionenimplantationsverfahren gebildet. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Emitter-Bereich 121 vom p-Typ ist, der Emitter-Bereich 121 durch Dotieren des Substrats 110 mit Verunreinigungen eines Gruppe III-Elements mit dem Ionenimplantationsverfahren gebildet. Wie oben beschrieben wird, wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird, der Emitter-Bereich 121 nur auf einer Oberfläche (zum Beispiel der vorderen Oberfläche) des Substrats 110 gebildet. Bei dem Ionenimplantationsverfahren variieren eine Dotierungsmenge von in das Substrat 110 implantierten Verunreinigungen (das heißt, eine Ionenimplantationsmenge) und eine Dotierungstiefe (das heißt, eine Ionenimplantationstiefe) von Verunreinigungen in Abhängigkeit von einer Produktionsmenge von Ionen, einer Geschwindigkeit von sich zu dem Substrat 110 bewegenden Ionen, usw. Ferner werden die Produktionsmenge von Ionen und die Ionen-Geschwindigkeit mittels elektrischer Energie, die in einem Ionenimplantationsverfahren verwendet wird, einfach gesteuert. So werden eine Menge von in das Substrat 110 implantierten Verunreinigungen und die Verunreinigungsdotierungstiefe, wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird, einfacher gesteuert als jene, wenn der Emitter-Bereich 121 durch Dotieren des Substrats 110 mit Verunreinigungen unter Verwendung eines thermischen Diffusions-Verfahrens gebildet wird.
Zum Beispiel kann die Ionenimplantationsenergie ungefähr 100 keV bis 3 MeV sein, und die Verunreinigungsdotierungstiefe, basierend auf der Ionenimplantationsenergie, kann ungefähr 0,5 μm bis 10 μm sein, gemessen von der Oberfläche des Substrats 110.
Da die Ionenimplantationsmenge und die Ionenimplantationstiefe einfacher gesteuert werden, hat der Emitter-Bereich 121 einen Schichtwiderstand von ungefähr 60 Ω/sq bis 120 Ω/sq, der größer als ein Schichtwiderstand ist, wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des thermischen Diffusions-Verfahrens gebildet wird. Daher ist eine Verunreinigungsdotierungskonzentration des Emitter-Bereichs 121 bei dem Ionenimplantationsverfahren niedriger als eine Verunreinigungsdotierungskonzentration des Emitter-Bereichs 121 bei dem thermischen Diffusionsverfahren. Da die Verunreinigungsdotierungstiefe des Emitter-Bereichs 121 bei dem Ionenimplantationsverfahren kleiner ist als die Verunreinigungsdotierungstiefe des Emitter-Bereichs 121 bei dem thermischen Diffusionsverfahren, nimmt ferner eine Menge von durch Verunreinigungen verlorenen Trägern stark ab.
Wenn der Schichtwiderstand des Emitter-Bereichs 121 gleich oder größer als ungefähr 60 Ω/sq ist, nimmt eine Menge von in der Solarzelle 11 durch den Emitter-Bereich 121 adsorbiertem Licht ab. Somit nimmt eine Verringerung einer Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht ab, und eine Menge von durch Verunreinigungen, die in dem Emitter-Bereich 121 vorliegen, verlorenen Trägern nimmt weiter ab.
Wenn der Schichtwiderstand des Emitter-Bereichs 121 gleich oder kleiner als ungefähr 120 Ω/sq ist, bildet der Emitter-Bereich 121 stabil den p-n-Übergang mit dem Substrat 110. Daher werden Elektronen und Löcher stabiler hergestellt, und ein Shunt-Fehler, bei dem das vordere Elektroden-Teil 140 durch den Emitter-Bereich 121 hindurch geht und das Substrat 110 berührt, wird verhindert.
Die auf dem Emitter-Bereich 121 mit der strukturierten Oberfläche angeordnete Anti-Reflex-Schicht 130 vermindert eine Reflexion von auf die Solarzelle 11 einfallendem Licht und erhöht die Selektivität eines vorbestimmten Wellenlängenbands, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 11 erhöht wird.
Die Anti-Reflex-Schicht 130 kann aus transparentem hydrierten Siliciumnitrid (SiNx:H) gebildet sein. Die Anti-Reflex-Schicht 130 kann eine Dicke von ungefähr 70 nm bis 80 nm und einen Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,1 haben.
Wenn der Brechungsindex der Anti-Reflex-Schicht 130 gleich oder größer als ungefähr 2,0 ist, nimmt die Reflexion von Licht ab und eine Menge von in der Anti-Reflex-Schicht 130 adsorbiertem Licht nimmt weiter ab. Ferner nimmt, wenn der Brechungsindex der Anti-Reflex-Schicht 130 gleich oder kleiner als ungefähr 2,1 ist, das Reflexionsvermögen der Anti-Reflex-Schicht 130 weiter ab.
Ferner hat in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Anti-Reflex-Schicht 130 den Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,1 zwischen einem Brechungsindex (ungefähr 1) von Luft und einem Brechungsindex (ungefähr 3,5) des Substrats 110. Daher nimmt, weil der Brechungsindex beim Übergang von Luft zu dem Substrat 110 allmählich zunimmt, die Reflexion von Licht durch die schrittweise Erhöhung des Brechungsindex weiter ab. Infolgedessen nimmt eine Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht weiter zu.
Wenn die Dicke der Anti-Reflex-Schicht 130 gleich oder größer als ungefähr 70 nm ist, wird eine Anti-Reflex-Wirkung von Licht wirksamer erhalten. Wenn die Dicke der Anti-Reflex-Schicht 130 gleich oder kleiner als ungefähr 80 nm ist, nimmt eine Menge von in der Anti-Reflex-Schicht 130 adsorbiertem Licht ab, und eine Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht steigt. Ferner geht bei dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 11 das vordere Elektroden-Teil 140 leicht und glatt durch die Anti-Reflex-Schicht 130 hindurch und ist stabil und gleichmäßig mit dem Emitter-Bereich 121 verbunden.
Durch in der Anti-Reflex-Schicht 130 enthaltenen Wasserstoff (H) erfüllt die Anti-Reflex-Schicht 130 eine Passivierungsfunktion, die einen Defekt, zum Beispiel freie Bindungen, die bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 bestehen, unter Verwendung von in der Anti-Reflex-Schicht 130 enthaltenen Wasserstoff (H) in stabile Bindungen umwandeln, um dadurch eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von Trägern, die sich zu der Oberfläche des Substrats 110 bewegen, zu verhindern oder zu verringern. Infolgedessen verringert die Anti-Reflex-Schicht 130 eine Menge von durch den Defekt bei der Oberfläche des Substrats 110 verlorenen Trägern.
Die in den 1 und 2 gezeigte Anti-Reflex-Schicht 130 hat eine einschichtige Struktur, kann jedoch eine mehrschichtige Struktur, zum Beispiel eine zweischichtige Struktur, haben. Ferner kann die Anti-Reflex-Schicht 130 weggelassen werden, falls notwendig oder gewünscht.
Das vordere Elektroden-Teil 140 umfasst eine Vielzahl von vorderen Elektroden (oder eine Vielzahl von ersten Elektroden) 141 und eine Vielzahl von mit der Vielzahl von vorderen Elektroden 141 verbundenen vorderen Sammelschienen (oder eine Vielzahl von ersten Sammelschienen) 142.
Die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 ist mit dem Emitter-Bereich 121 verbunden, ist in einem Abstand voneinander beabstandet, und erstreckt sich parallel zueinander in einer festen Richtung. Die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 sammelt Träger (zum Beispiel Elektronen), die sich zu dem Emitter Bereich 121 bewegen.
Die Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 ist mit der Emitter-Bereich 121 verbunden und erstreckt sich parallel zueinander in einer die vorderen Elektroden 141 kreuzenden Richtung.
In diesem Fall sind die vorderen Sammelschienen 142 in der gleichen Schicht-Ebene wie die vorderen Elektroden 141 angeordnet und sind elektrisch und physisch mit den vorderen Elektroden 141 bei Kreuzungen von den vorderen Elektroden 141 und den vorderen Sammelschienen 142 verbunden.
Dementsprechend hat, wie in 1 gezeigt, die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 eine Streifen-Form, die sich in einer Quer-(oder Längs-)Richtung erstreckt, und die Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 hat eine Streifen-Form, die sich in einer Längs-(oder Quer-)Richtung erstreckt. Daher hat das vordere Elektroden-Teil 140 eine Gitter-Form auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110.
Die vorderen Sammelschienen 142 sammeln nicht nur Träger (zum Beispiel Elektronen), die sich aus dem Emitter-Bereich 121 bewegen, sondern auch von den vorderen Elektroden 141 gesammelte Träger, welche die vorderen Sammelschienen 142 kreuzen, und bewegen die gesammelten Träger in eine gewünschte Richtung. Somit ist eine Breite von jeder vorderen Sammelschiene 142 größer als eine Breite von jeder vorderen Elektrode 141.
Die Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 ist mit einem externen Gerät verbunden und gibt die gesammelten Träger zu dem externen Gerät aus.
Das vordere Elektroden-Teil 140 einschließlich der vorderen Elektroden 141 und der vorderen Sammelschienen 142 ist aus mindestens einem leitenden Material wie zum Beispiel Silber (Ag) gebildet. Alternativ kann das leitfähige Material mindestens eines aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au) und einer Kombination davon ausgewählt sein. Andere leitfähige Materialien können verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Anzahl von vorderen Elektroden 141 und die Anzahl von vorderen Sammelschienen 142 variieren, falls erforderlich.
Die auf der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnete Passivierungsschicht 190 umfasst eine auf der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnete erste Passivierungsschicht 191 und eine auf der ersten Passivierungsschicht 191 angeordnete zweite Passivierungsschicht 192.
Die erste Passivierungsschicht 191 kann aus Siliciumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (Alx0y) gebildet sein. Andere Materialien können verwendet werden. Wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Siliciumoxid (SiOx) gebildet ist, kann die erste Passivierungsschicht 191 eine Dicke von ungefähr 200 nm bis 300 nm aufweisen. Wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildet ist, kann die erste Passivierungsschicht 191 eine Dicke von ungefähr 30 nm bis 70 nm aufweisen.
Die zweite Passivierungsschicht 192 kann aus Siliciumnitrid (SiNx) gebildet sein und kann eine Dicke von ungefähr 40 nm bis 80 nm aufweisen.
Wenn die erste Passivierungsschicht 191 und die zweite Passivierungsschicht 192 ausgebildet werden, wird Wasserstoff (H) in eine Prozesskammer eingespritzt und die ersten und zweiten Passivierungsschichten 191 und 192 enthalten Wasserstoff (H) aufgrund des eingespritzten Wasserstoffs (H). Somit kann ein Defekt, zum Beispiel bei der und rund um die hintere Oberfläche des Substrats 110 bestehende freie Bindungen durch in den ersten und zweiten Passivierungsschichten 191 und 192 enthaltenen Wasserstoff (H) in stabile Bindungen umgewandelt werden. infolgedessen erfüllen die ersten und zweiten Passivierungsschichten 191 und 192 eine Passivierungsfunktion, die in der Lage ist, eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von sich zu der Oberfläche des Substrats 110 bewegenden Trägern zu verhindern oder zu verringern, und verringert somit eine Menge von durch den Defekt bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 verlorenen Trägern.
Ferner reflektieren die ersten und zweiten Passivierungsschichten 191 und 192 Licht, das durch das Substrat 110 zurück zu dem Substrat 110 geht, und erhöhen somit die effiziente Nutzung von einer Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht.
Darüber hinaus hindert die zweite Passivierungsschicht 192 Wasserstoff (H), der in der en ersten Passivierungsschicht 191 enthalten ist und die Passivierungsfunktion erfüllt, daran, sich zu der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des Substrats 110 zu bewegen, und hindert das hintere Elektroden-Teil 150 daran, den Passivierungseffekt zu verringern, wodurch der Passivierungseffekt der Oberfläche des Substrats 110 weiter verbessert wird.
Im Allgemeinen hat Siliciumnitrid (SiNx) die Eigenschaft von positiven festen Ladungen, und Siliciumoxid (SiOx) und Aluminiumoxid (AlxOy) haben die Eigenschaft von negativen festen Ladungen.
Daher kann, wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist, eine aus Siliciumnitrid (SiNx) gebildete Schicht direkt auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildet werden, um die Passivierungs-Funktion zu erfüllen. Infolgedessen werden, da sich zu der Siliciumnitrid(SiNx)-Schicht bewegende positive Ladungen (das heißt, Löcher) dieselbe Polarität wie die Siliciumnitrid(SiNx)-Schicht aufweisen, die Löcher aufgrund der Polarität der Siliciumnitrid(SiNx)-Schicht aus der Siliciumnitrid(SiNx)-Schicht geschoben.
Dementsprechend erfüllt, wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist, die aus Siliciumoxid (SiOx) gebildete erste Passivierungsschicht 191 nicht nur die Passivierungsfunktion, sondern arbeitet auch als eine Blockierungsschicht, die einen Einfluss einer positiven Polarität der zweiten Passivierungsschicht 192, die aus Siliciumnitrid (SiNx) gebildet ist, auf der ersten Passivierungsschicht 191, daran hindert, die hintere Oberfläche des Substrats 110 zu erreichen. Da der Einfluss der positiven Polarität die hintere Oberfläche des Substrats 110 durch die aus Siliciumoxid (SiOx) gebildete erste Passivierungsschicht 191 nicht erreicht, werden Löcher in dem Substrat 110 durch die positiven festen Ladungen der zweiten Passivierungsschicht 192 nicht betroffen und bewegen sich stabil und gleichmäßig zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110.
Wenn die Dicke der aus Siliciumoxid (SiOx) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191 gleich oder größer als ungefähr 200 nm ist, blockiert die erste Passivierungsschicht 191 stabil den Einfluss der festen Ladungen der zweiten Passivierungsschicht 192, um dadurch die Bewegung von Löchern zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110 stabil auszuführen. Wenn die Dicke der aus Siliciumoxid (SiOx) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191 gleich oder weniger als ungefähr 300 nm ist, wird die Bewegung von Löchern zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110 stabil durchgeführt, ohne unnötigerweise Zeit und Kosten zur Herstellung der ersten Passivierungsschicht 191 zu erhöhen.
In anderen Worten wird, wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Siliciumoxid (SiOx) gebildet ist und die zweite Passivierungsschicht 192 aus Siliciumnitrid (SiNx) unter der Bedingung des p-Typ-Substrats 110 gebildet ist, der größte Teil der Passivierungsfunktion nicht durch die erste Passivierungsschicht 191, sondern durch die zweite Passivierungsschicht 192 erfüllt. Ferner verhindert die erste Passivierungsschicht 191 den schädlichen Einfluss der festen Ladungen der zweiten Passivierungsschicht 192 auf die Bewegung von Löchern.
Alternativ kann eine aus Aluminiumoxid (AlxOy) mit der Eigenschaft von negativen festen Ladungen gebildete Schicht unmittelbar auf dem p-Typ-Substrat 110 gebildet sein. Da sich zu der Aluminiumoxid(AlxOy)-Schicht bewegende positive Ladungen (das heißt, Löcher) eine der Aluminiumoxid(AlxOy)-Schicht entgegengesetzte Polarität aufweisen, werden die Löcher aufgrund der Polarität des Aluminiumoxid (AlxOy) Schicht zu der Passivierungsschicht 190 gezogen. Ferner werden negative Ladungen (das heißt, Elektronen) mit derselben Polarität wie die Aluminiumoxid(AlxOy)-Schicht aus der Aluminiumoxid(AlxOy)-Schicht aufgrund der Polarität der Aluminiumoxid(Alxoy)-Schicht geschoben. Infolgedessen nimmt, wenn die aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildete erste Passivierungsschicht 191 auf dem p-Typ-Substrat 110 gebildet wird, eine Anzahl von sich zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110 bewegenden Löchern aufgrund eines Einflusses von negativen festen Ladungen weiter zu.
Dementsprechend wird, wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildet ist und die zweite Passivierungsschicht 192 aus Siliciumnitrid (SiNx) unter der Bedingung des p-Typ-Substrats 110 gebildet ist, der größte Teil der Passivierungsfunktion durch die erste Passivierungsschicht 191 erfüllt, und die zweite Passivierungsschicht 192 schützt vor allem die Passivierungsfunktion vor dem hinteren Elektroden-Teil 150.
Da die festen Ladungen der zweiten Passivierungsschicht 192 die Bewegung von Löchern nicht nachteilig beeinflussen, wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildet ist, ist die Dicke der aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191 viel kleiner als die Dicke der aus Siliciumoxid (SiOx) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191. Wie oben beschrieben kann die aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildete erste Passivierungsschicht 191 eine Dicke von ungefähr 30 nm bis 70 nm aufweisen.
Wenn die Dicke von der aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191 gleich oder größer als ungefähr 30 nm ist, erfüllt die erste Passivierungsschicht 191 stabil und effizient die Passivierungsfunktion. Wenn die Dicke von der aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildeten ersten Passivierungsschicht 191 gleich oder kleiner als ungefähr 70 nm ist, wird die Bewegung von Löchern zu der hinteren Oberfläche des Substrats 110 stabil erfüllt, ohne unnötigerweise Zeit und Kosten zur Herstellung der ersten Passivierungsschicht 191 zu erhöhen.
Wie oben beschrieben wird eine Menge von durch den Defekt bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 verlorenen Trägern durch die Passivierungsschicht 190 verringert, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnet ist und die ersten Passivierungsschicht 191 und die zweite Passivierungsschicht 192 umfasst. Infolgedessen wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 11 verbessert.
Jeder aus der Vielzahl von bei der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordneten BSF-Bereichen 172 ist ein Bereich (beispielsweise ein p⁺-Typ Bereich), der stärker als das Substrat 110 mit Verunreinigungen desselben Leitungstyps wie das Substrat 110 dotiert ist.
Eine Potentialbarriere wird durch eine Differenz zwischen Verunreinigungskonzentrationen von einem ersten leitfähigen Bereich (zum Beispiel einem p-Typ-Bereich) des Substrats 110 und den BSF-Bereichen 172 gebildet. Daher verhindert oder verringert die Potentialbarriere Elektronen daran, sich zu den BSF-Bereichen 172 zu bewegen, die als Bewegungspfad von Löchern benutzt werden, und macht es leichter für Löcher, sich zu den BSF-Bereichen 172 zu bewegen. Somit verringern die BSF-Bereiche 172 eine Menge von durch eine Rekombination und/oder ein Verschwinden der Elektronen und der Löcher bei der und rund um die hintere Oberfläche des Substrats 110 verlorenen Trägern und beschleunigt eine Bewegung von gewünschten Trägern (zum Beispiel Löchern), wodurch eine Menge von sich zu dem hinteren Elektroden-Teil 150 bewegenden Trägern erhöht wird.
Das hintere Elektroden-Teil 150 ist auf der Passivierungsschicht 190 angeordnet und umfasst eine hintere Elektrode (oder eine zweite Elektrode) 155 und eine Vielzahl von mit dem hinteren Elektroden-Teil 155 verbundenen hinteren Sammelschienen (oder eine Vielzahl von zweiten Sammelschienen) 152.
Die hintere Elektrode 155 ist auf der Passivierungsschicht 190 mit Ausnahme eines Bildungsbereichs der hinteren Sammelschienen 152 angeordnet. Alternativ kann die hintere Elektrode 155 nicht an einer Kante der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnet sein.
Die hintere Elektrode 155 umfasst eine Vielzahl von Kontakt-Teilen 151, die durch die Passivierungsschicht 190 hindurch gehen und mit der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 verbunden sind. Daher ist die hintere Elektrode 155 selektiv (oder lokal) mit einem Teil (das heißt, der Vielzahl von BSF-Bereichen 172) des Substrats 110 durch die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 verbunden.
Wie in 1 gezeigt, ist die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 mit dem Substrat 110 mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen (zum Beispiel ungefähr 0,5 mm bis 1 mm) verbunden. Jeder Kontakt-Teil 151 hat verschiedene Formen wie einen Kreis, ein Oval und ein Polygon. Alternativ kann jeder Kontakt-Teil 151 eine Streifen-Form in der gleichen Weise wie die vordere Elektrode 141 haben, und kann somit elektrisch mit dem Substrat 110 verbunden sein und kann sich in einer Richtung erstrecken. In diesem Fall ist die Anzahl von Kontakt-Teilen 151 mit der Streifen-Form viel kleiner als die Anzahl von Kontakt-Teilen 151 mit dem Kreis, dem Oval oder dem Polygon.
Die Kontakt-Teile 151 sammeln sich zu dem Substrat 110 bewegende Träger (zum Beispiel Löcher) und übertragen die Träger zu der hinteren Elektrode 155.
Da die Vielzahl von BSF-Bereichen 172, welche aufgrund der höheren Verunreinigungskonzentration als das Substrat 110 die größere Leitfähigkeit als das Substrat 110 haben, an die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 grenzt, wird die Mobilität von Trägern aus dem Substrat 110 zu den Kontakt-Teilen 151 verbessert.
Die hintere Elektrode 155 ist aus einem leitfähigen Material wie zum Beispiel Aluminium (Al) gebildet. Andere Materialien können verwendet werden.
Die das Substrat 110 berührenden Kontakt-Teile 151 können entweder nur das Material der hinteren Elektrode 155 enthalten oder können eine Mischung aus den Materialien der Passivierungsschicht 190 und dem Substrat 110 sowie dem Material der hinteren Elektrode 155 enthalten.
Wie oben beschrieben verhindert die zweite Passivierungsschicht 192 eine Kombination zwischen dem Metall-Material wie zum Beispiel Aluminium (Al), welches in der hinteren Elektrode 155 enthalten ist, und Silicium des Substrats 110, wodurch eine Verringerung des Passivierungseffekts, der aus dem in der hinteren Elektrode 155 enthaltenen Material herrührt, verhindert wird.
Die Vielzahl von mit der hinteren Elektrode 155 verbundenen hinteren Sammelschienen 152 sind auf der Passivierungsschicht 190 angeordnet, auf welcher die hintere Elektrode 155 nicht angeordnet ist. Die hinteren Sammelschienen 152 erstrecken sich in der gleichen Richtung wie die vorderen Sammelschienen 142 und haben eine Streifen-Form. Die hinteren Sammelschienen 152 und die vorderen Sammelschienen 142 sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Substrats 110 angeordnet. Die hinteren Sammelschienen 152 und die vorderen Sammelschienen 142 können ausgerichtet sein,
Die hinteren Sammelschienen 152 sammeln von der hinteren Elektrode 155 übertragene Träger analog zu den vorderen Sammelschienen 142. Somit können die hinteren Sammelschienen 152 aus einem Material mit der Leitfähigkeit, die höher ist als die der hinteren Elektrode 155, ausgebildet sein. Zum Beispiel enthalten die hinteren Sammelschienen 152 mindestens ein leitendes Material wie zum Beispiel Silber (Ag).
Die hinteren Sammelschienen 152 sind mit dem externen Gerät verbunden, und von den hinteren Sammelschienen 152 gesammelte Träger (zum Beispiel Löcher) werden an das externe Gerät ausgegeben.
Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Anordnung können die hinteren Sammelschienen 152 die hintere Elektrode 155 teilweise überlappen. In diesem Fall kann, da ein Kontaktwiderstand der hinteren Sammelschienen 152 durch eine Erhöhung in einer Fläche der die hintere Elektrode 155 berührenden hinteren Sammelschienen 152 abnehmen kann, eine Menge von Trägern, die von der hinteren Elektrode 155 zu den hinteren Sammelschienen 152 übertragen werden, zunehmen. Ferner kann die hintere Elektrode 155 auf der Passivierungsschicht 190, auf welcher die hinteren Sammelschienen 152 gebildet sind, angeordnet sein. In diesem Fall können die hinteren Sammelschienen 152 auf der hinteren Elektrode 155 angeordnet sein, wobei die hinteren Sammelschienen 152 und die vorderen Sammelschienen 142 auf den gegenüberliegenden Seiten des Substrats 110 angeordnet sind. Somit kann, da die hintere Elektrode 155 auf der Passivierungsschicht 190 unabhängig von dem Bildungsort der hinteren Sammelschienen 152 angeordnet sein kann, die hintere Elektrode 155 leichter ausgebildet werden.
In einem alternativen Beispiel kann jede von den hinteren Sammelschienen 152 aus einer Vielzahl von Leitern gebildet sein, die eine Kreis-, eine Oval- oder eine Polygon-Form anstelle der Streifen-Form haben und bei einer einheitlichen oder nichteinheitlichen Entfernung dazwischen entlang einer Erstreckungsrichtung der vorderen Sammelschienen 142 angeordnet sind. In diesem Fall werden, da die Verwendung eines teuren Material, zum Beispiel Silber (Ag), für die hinteren Sammelschienen 152 abnimmt, die Herstellungskosten der Solarzelle 11 verringert.
Die Anzahl von in 1 gezeigten hinteren Sammelschienen 152 kann variieren, falls notwendig oder gewünscht.
Ein Betrieb der Solarzelle 11 mit der oben beschriebenen Struktur wird nachstehend beschrieben.
Wenn auf die Solarzelle 11 gestrahltes Licht auf das Substrat 110, welches das Halbleiter-Teil ist, durch die Anti-Reflex-Schicht 130 und den Emitter-Bereich 121 einfallend ist, werden eine Vielzahl von Elektronen-Loch-Paare in dem Substrat 110 durch Lichtenergie, die auf dem einfallenden Licht beruht, erzeugt. In diesem Fall nimmt, da ein Reflexionsverlust des auf das Substrat 110 einfallenden Lichts durch die Anti-Reflex-Schicht 130 verringert wird, eine Menge von auf das Substrat 110 einfallendem Licht zu.
Die Elektronen-Loch-Paare werden durch den p-n-Übergang von dem Substrat 110 und dem Emitter-Bereich 121 in Elektronen und Löcher getrennt. Dann bewegen sich die abgetrennten Elektronen zu dem n-Typ-Emitter-Bereich 121, und die abgetrennten Löcher bewegen sich zu dem p-Typ-Substrat 110. Die sich zu dem Emitter-Bereich 121 bewegenden Elektronen werden durch die vorderen Elektroden 141 und die vorderen Sammelschienen 142 gesammelt und dann zu den vorderen Sammelschienen 142 übertragen. Die sich zu dem Substrat 110 bewegenden Löcher werden zu den Kontakt-Teilen 151 übertragen und dann durch die hinteren Sammelschienen 152 gesammelt. Wenn die vorderen Sammelschienen 142 mit den hinteren Sammelschienen 152 unter Verwendung von elektrischen Drähten verbunden sind, fließt darin Strom, was die Verwendung des Stroms für elektrische Energie erlaubt.
Wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird, nimmt ferner der Schichtwiderstand des Emitter-Bereichs 121 zu. Daher nimmt eine Menge von durch Verunreinigungen in dem Emitter-Bereich 121 verlorenen Trägern stark ab.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3J beschrieben.
Zunächst wird, wie in 3A gezeigt, ein Strukturierungs-Verfahren auf einem aus Einkristall-Silicium, polykristallinem Silicium, usw. gebildeten kristallinen Halbleitersubstrat 110 durchgeführt, um eine strukturierte Oberfläche zu bilden, entsprechend einer unebenen Oberfläche mit einer Vielzahl von Vorsprüngen und einer Vielzahl von Vertiefungen oder mit einer ungleichmäßigen Eigenschaft auf einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche des Substrats 110. Wenn das Substrat 110 aus Einkristall-Silicium gebildet wird, kann das Strukturierungs-Verfahren unter Verwendung einer basischen Lösung wie zum Beispiel KOH und NaOH durchgeführt werden. Wenn das Substrat 110 aus polykristallinem Silicium gebildet wird, kann das Strukturierungs-Verfahren unter Verwendung einer Säure-Lösung wie HF und HNO₃ durchgeführt werden.
In der strukturierten Oberfläche kann ein maximaler Durchmesser ”a” und eine maximale Höhe ”b” von jedem aus der Vielzahl von Vorsprüngen ungefähr 5 μm bis 15 μm sein, und ein Seitenverhältnis ”b/a” von jedem Vorsprung kann ungefähr 0,2 bis 2 sein.
In den 3A bis 3J sind alle von den Vorsprüngen der vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 110 aus Gründen der Bequemlichkeit so dargestellt, dass sie gleichmäßig einen maximalen Durchmesser ”a” und eine maximale Höhe ”b” haben. Jedoch sind die Vorsprünge, die tatsächlich die unterschiedlichen maximalen Durchmesser ”a” und die unterschiedlichen maximalen Höhen ”b” haben, auf jeder von den vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 110 gebildet.
Wie oben beschrieben sind, da die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats 110 jeweils die strukturierten Oberflächen mit denselben Eigenschaften durch Verwendung von einem Verfahrens haben, die vordere Oberfläche und die hintere Oberfläche des Substrats 110 im Wesentlichen zueinander gleich in einer Rauigkeit pro Flächeneinheit der strukturierten Oberfläche. Jedoch kann eine Rauigkeit der strukturierten vorderen Oberfläche des Substrats 110 verschieden sein von einer Rauigkeit der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110.
In der Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat 110 aus einem p-Typ. Alternativ kann das Substrat 110 in einer anderen Ausführungsform der Erfindung aus einem n-Typ sein.
Als nächstes werden, wie in 3B gezeigt, Ionen eines Gruppe V-Elements oder Ionen eines Gruppe III-Elements in eine Oberfläche implantiert, zum Beispiel die vordere Oberfläche des Substrats 110 unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahren, um einen Verunreinigungsbereich 120 bei der vorderen Oberfläche (das heißt, der Einfallsfläche) des Substrats 110 zu bilden.
Da der Verunreinigungsbereich 120 ein Zustand ist, in welchem n-Typ-(oder p-Typ-)Verunreinigungen physisch in dem Substrat 110 implantiert sind, ist ein Schichtwiderstand des Verunreinigungsbereichs 120 mehrere hundert Ω/sq. Da der Verunreinigungsbereich 120 in einem inaktiven Zustand ist, kann der Verunreinigungsbereich 120 ferner nicht als ein Emitter-Bereich der Solarzelle 11 dienen.
Nachdem der Verunreinigungsbereich 120 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet ist, wird ein Aktivierungsverfahren, welches ein thermisches Verfahren auf dem Substrat 110 mit dem Verunreinigungsbereich 120 in der Sauerstoff(O₂)-Atmosphäre durchführt, um den bei der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordneten Verunreinigungsbereich 120 zu aktivieren, durchgeführt, um beschädigte Silicium-Gitter neu anzuordnen und Verunreinigungen des Verunreinigungsbereichs 120 und Silicium zu kombinieren, oder die Verunreinigungen zu kombinieren. Daher wird der Verunreinigungsbereich 120 gebildet, um als ein Emitter-Bereich 121 zu dienen, und durch das Aktivierungsverfahren wird ein bei dem Ionenimplantationsverfahren beschädigter Bereich wiederhergestellt. In diesem Fall kann das thermische Verfahren zur Aktivierung des Verunreinigungsbereichs 120 bei einer Temperatur von ungefähr 700°C bis 900°C durchgeführt werden.
Danach wird eine Siliciumoxid-Schicht (das heißt, eine thermische Oxid-Schicht), die bei der Oberfläche des Substrats 110 durch eine Kombination von Silicium des Substrats 110 und für die Aktivierung injizierten Sauerstoff erzeugt wird, unter Verwendung einer verdünnten HF(DHF)-Lösung entfernt. Somit wird durch das Aktivierungsverfahren der innerhalb des Substrats 110 gebildete Verunreinigungsbereich 120 in den Emitter-Bereich 121 geändert. Zusätzlich werden nicht nur eine Beschädigung, wie zum Beispiel eine Beschädigung der Silicium-Gitter der Oberfläche des Substrats 110 durch aufgrund der Ionenimplantation auf die Oberfläche des Substrats 110 auftreffende Ionen, sondern auch ein Defekt, wie zum Beispiel bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 bestehende Bindungen angegangen und gelöst. In diesem Fall kann der Emitter-Bereich 121 einen Schichtwiderstand von ungefähr 60 Ω/sq bis 120 Q/sq aufweisen.
Mit anderen Worten kann ein Umlagerungsphänomen der Silicium-Gitter, die beschädigt werden, wenn Ionen auf die Oberfläche des Substrats 110 auftreffen, durch die Rekristallisation von Silicium durchgeführt werden, wenn Wärme bei einer Temperatur (zum Beispiel ungefähr 700°C bis 900°C), in der Nähe von einer Rekristallisationstemperatur des Substrats 110, angewendet wird. Somit werden die beschädigten Silicium-Gitter als die stabile Silicium-Gitter durch das thermische Verfahren (das heißt, das Aktivierungsverfahren) in der Sauerstoff(O₂)-Atmosphäre neu angeordnet und werden zurückgewonnen oder getempert.
Wie oben beschrieben wird, wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird, der Emitter-Bereich 121 nur bei der gewünschten Oberfläche (zum Beispiel, der vorderen Oberfläche) des Substrats 110 gebildet. Daher ist ein separates Verfahren zum Entfernen des Emitter-Bereichs 121, der bei der unerwünschten Oberfläche (zum Beispiel, der hinteren Oberfläche) des Substrats 110 gebildet wird, nicht erforderlich. Somit werden die Kosten und die Zeit zur Herstellung der Solarzelle 11 verringert.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform der Erfindung wird, wenn der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung eines thermischen Diffusions-Verfahren gebildet wird, der Emitter-Bereich 121 sowohl bei den vorderen als auch den hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildet. Somit ist ein Verfahren zur Entfernung des bei der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Emitter-Bereichs 121 erforderlich. Genauer gesagt ist es notwendig, ein Verfahren, das eine Ätzstoppschicht auf einem unerwünschten Ätz-Bereich (zum Beispiel, der vorderen Oberfläche) des Emitter-Bereich 121 bildet und dann die Ätzstoppschicht nach dem Abschluss des Ätzprozesses entfernt. Ferner wird der an der hinteren Oberfläche des Emitter-Bereichs 121 angeordnete Emitter-Bereich ungleichmäßig geätzt. Selbst wenn die Ätzstoppschicht verwendet wird, durchdringt ein Ätzmittel die Ätzstoppschicht und kann somit eine Beschädigung des bei der vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordneten Emitter-Bereichs 121 oder Änderungen in der Eigenschaft des Emitter-Bereichs 121 erzeugen. Wenn nur der gewünschte Teil des Emitter-Bereichs 121 geätzt wird, indem nur die hintere Oberfläche des Substrats 110 dem Ätzmittel ohne Bildung einer separaten Ätzstoppschicht ausgesetzt wird, kann die vordere Oberfläche als auch die hintere Oberfläche des Substrats 110 dem Ätzmittel aufgrund eines Fehlers usw., des Verfahrens ausgesetzt sein. So kann der unerwünschte Teil des Emitter-Bereichs 121 geätzt werden.
Alternativ wird, bevor der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des thermischen Diffusions-Verfahrens gebildet wird, eine separate Diffusionsschutzschicht auf der Oberfläche (zum Beispiel, der hinteren Oberfläche) des Substrats 110 gebildet, wenn der Emitter-Bereich nicht gebildet wird. Daher kann der Emitter-Bereich 121 nur bei der vorderen Oberfläche des Substrats 110 gebildet werden. Jedoch ist in diesem Beispiel, nachdem die Diffusionsschutzschicht gebildet wird, ein Verfahren zur Entfernung der Diffusionsschutzschicht erforderlich. Daher können die Zeit und Kosten zur Herstellung der Solarzelle zunehmen.
In der Ausführungsform der Erfindung wird die Ionenimplantation jedoch nur auf der gewünschten Oberfläche (zum Beispiel, der vorderen Oberfläche) des Substrats 110 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahren durchgeführt, in welchem eine Implantationskonzentration und eine Implantationstiefe von Ionen leichter als bei dem thermischen Diffusions-Verfahren gesteuert wird, um den Emitter-Bereich 121 bei der vorderen Oberfläche des Substrats 110 zu bilden. Somit wird der Emitter-Bereich 121 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens, das einfacher und billiger als das thermische Diffusionsverfahren ist, gebildet.
Ferner hat in der Ausführungsform der Erfindung, da das Verfahren zum Entfernen des bei der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildeten Emitter-Bereichs nicht erforderlich ist, die hintere Oberfläche des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche in der gleichen Weise wie die vordere Oberfläche des Substrats 110.
Jedoch kann, falls erforderlich, ein Polierverfahren zum Umwandeln der strukturierten hinteren Oberfläche des Substrats 110 in eine Planarisierungsoberfläche durchgeführt werden. Das Polierverfahren kann durchgeführt werden, bevor der Emitter-Bereich 121 gebildet wird oder bevor eine Passivierungsschicht 190 nach der Bildung des Emitter-Bereichs 121 gebildet wird. Wie oben beschrieben kann, wenn die hintere Oberfläche des Substrats 110 ohne die strukturierte Oberfläche, aber durch das Polierverfahren mit der Planarisierungsoberfläche ist, ein Verlust von durch das Substrat 110 hindurchgehendem Licht weiter abnehmen. Ferner kann das durch das Substrat 110 hindurchgehende Licht leichter zu dem Substrat 110 zurück reflektiert werden.
Als nächstes wird, wie in 3D gezeigt, eine Anti-Reflex-Schicht 130 auf dem Emitter-Bereich 121 gebildet, der bei der vorderen Oberfläche des Substrats 110 unter Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens (CVD), wie zum Beispiel einem plasmaverstärkten CVD(PECVD)-Verfahren gebildet wird. Die Anti-Reflex-Schicht 130 kann aus Siliciumnitrid (SiNx:H) mit einer Dicke von ungefähr 70 nm bis 80 nm und einen Brechungsindex von ungefähr 2,0 bis 2,1 gebildet sein.
Als nächstes werden, wie in den 3E bis 3F gezeigt, eine erste Passivierungsschicht 191 und eine zweite Passivierungsschicht 192 nachfolgend auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens, usw., aufgeschichtet, um die Passivierungsschicht 190 zu vollenden. In diesem Fall kann die erste Passivierungsschicht 191 aus Siliciumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlxOy) gebildet werden, und die zweite Passivierungsschicht 192 kann aus Siliciumnitrid (SiNx) gebildet werden.
Wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Siliciumoxid (SiOx) gebildet wird, kann die erste Passivierungsschicht 191 eine Dicke von ungefähr 200 nm bis 300 nm aufweisen. Wenn die erste Passivierungsschicht 191 aus Aluminiumoxid (AlxOy) gebildet wird, kann die erste Passivierungsschicht 191 eine Dicke von ungefähr 30 nm bis 70 nm aufweisen.
Ferner kann die zweite Passivierungsschicht 192 eine Dicke von ungefähr 40 nm bis 80 nm aufweisen.
Als nächstes wird, wie in 3G gezeigt, eine Silber (Ag) enthaltende Paste auf einen gewünschten Teil der Anti-Reflex-Schicht 130 unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens aufgebracht und wird dann bei ungefähr 120°C bis 200°C getrocknet, um ein vorderes Elektrodenteil-Muster 40 zu bilden. Das vordere Elektrodenteil-Muster 40 umfasst ein vorderes Elektroden-Muster 41 und ein vorderes Sammelschienen-Muster 42, die sich in einer zwischen ihnen kreuzenden Richtung erstrecken.
Als nächstes wird, wie in 3H gezeigt, eine Aluminium (Al) enthaltende Paste auf einen gewünschten Teil der Passivierungsschicht 190 unter Verwendung des Siebdruckverfahrens aufgebracht und wird dann bei ungefähr 120°C bis 200°C getrocknet, um ein hinteres Elektroden-Muster 55 zu bilden.
Als nächstes wird, wie in 3I gezeigt, eine Silber (Ag) enthaltende Paste auf einen gewünschten Teil der Passivierungsschicht 190 unter Verwendung des Siebdruckverfahrens aufgebracht und dann getrocknet, um eine Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52 zu bilden. Im Gegensatz zum in 3I gezeigten Verfahren kann die Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52 auf den hinterem Elektroden-Muster 55 und einem Teil des hinteren Elektroden-Musters 55 angeordnet sein und kann somit teilweise das hintere Elektroden-Muster 55 überlappen.
In der Ausführungsform der Erfindung weist jede von den hinteren Sammelschienen-Mustern 52 eine Streifen-Form auf, die sich in einer Richtung ausdehnt (oder erstreckt). Alternativ kann die Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52 mit verschiedenen Formen wie zum Beispiel einem Kreis, einem Oval, und einem Polygon in einem gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Abstand dazwischen in einer Richtung angeordnet sein.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Bildungsordnung von dem vorderen Elektrodenteil-Muster 40, dem hinteren Elektroden-Muster 55 und den hinteren Sammelschienen-Mustern 52 variieren.
Als nächstes werden, wie in 3J gezeigt, wenn Laserstrahlen selektiv auf einen bestimmten Teil des hinteren Elektroden-Musters 55 gestrahlt werden, geschmolzene Mischungen 153 gebildet, in welchen das hintere Elektroden-Muster 55, die unter dem hinteren Elektroden-Muster 55 liegende Passivierungsschicht 190 und das Substrat 110 miteinander vermischt werden. In einem alternativen Beispiel kann, wenn jeder Kontakt-Teil 151 eine Streifen-Form hat, ein von den Laserstrahlen bestrahlter Bereich eine Streifen-Form haben, die sich in einer festen Richtung ausdehnt (oder erstreckt).
Eine Wellenlänge und eine Intensität der Laserstrahlen werden in Abhängigkeit von den Materialien und Dicken des hinteren Elektroden-Musters 55 und der unter dem hinteren Elektroden-Muster 55, usw. liegenden Passivierungsschicht 190 bestimmt.
Anschließend wird das Substrat 110, auf dem das hintere Elektroden-Muster 55, die hinteren Sammelschienen-Muster 52 und das vordere Elektrodenteil-Muster 40 gebildet werden, bei einer Temperatur von ungefähr 750°C bis 800°C zur Bildung eines hinteren Elektroden-Teils 150 einschließlich einer hinteren Elektrode 155 mit einer Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 und einer Vielzahl von hinteren Sammelschienen 152 und eines vorderen Elektroden-Teils 140 einschließlich einer Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und einer Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 sowie einer Vielzahl von BSF-Bereichen 172 gebrannt. Somit wird die in 1 gezeigte Solarzelle 11 vollendet.
Insbesondere geht, wenn das thermische Verfahren durchgeführt wird, das vordere Elektrodenteil-Muster 40 durch einen Teil der Anti-Reflex-Schicht 130, die das vordere Elektrodenteil-Muster 40 aufgrund von in dem vorderen Elektrodenteil-Muster 40 enthaltenen Blei (Pb) berührt, und berührt daher den Emitter-Bereich 121. Somit wird das vordere Elektroden-Teil 140 einschließlich der Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und der Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 gebildet. In diesem Fall sind oder bilden das vordere Elektrodenmuster 41 und das vordere Sammelschienen-Muster 42 von dem vorderen Elektrodenteil-Muster 40 jeweils die Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und die Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142.
Ferner stehen die geschmolzenen Mischungen 153 des hinteren Elektroden-Musters 55, die Passivierungsschicht 190 und das Substrat 110 in Kontakt mit dem Substrat 110 und sind oder bilden die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151. So wird die hintere Elektrode 155 mit der Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 vollendet. Ferner ist die Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52 mit der hinteren Elektrode 155 verbunden, um die Vielzahl von hinteren Sammelschienen 152 zu bilden. Wie oben beschrieben kann, wenn die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 unter Verwendung der Laserstrahlen ausgebildet wird, jedes Kontakt-Teil 151 die Materialien von der Passivierungsschicht 190 und dem Substrat 110 als auch das Material der hinteren Elektrode 155 enthalten.
Da die Komponenten 121, 110 und 190 chemisch mit dem in jedem von den Mustern 40, 55 und 52 enthaltenen Metall-Material in dem thermischen Verfahren kombiniert werden, werden ein Kontaktwiderstand zwischen dem vorderen Elektroden-Teil 140 und dem Emitter-Bereich 121, ein Kontaktwiderstand zwischen den Kontakt-Teilen 151 und dem Substrat 110 und ein Kontaktwiderstand zwischen der hinteren Elektrode 155 und den hinteren Sammelschienen 152 verringert. Daher wird ein Fluss von Trägern zwischen ihnen verbessert.
In der hinteren Elektrode 155 enthaltenes Aluminium (Al) wird in das die Kontakt-Teile 151 berührende Substrat 110 in dem thermischen Verfahren diffundiert, um die Vielzahl von BSF-Bereichen 172, die stärker als das Substrat 110 mit Verunreinigungen desselben Leitungstyp wie das Substrat 110 dotiert sind, an Stellen, wo das Substrat 110 an die Kontakt-Teile 151 angrenzt, zu bilden.
Anstelle der Laserstrahlen kann die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 durch sequentielles Entfernen von einem Teil der zweiten Passivierungsschicht 192 und einem Teil der unter der zweiten Passivierungsschicht 192 liegenden ersten Passivierungsschicht 191 und Freilegen eines Teils der hinteren Oberfläche des Substrats 110 gebildet werden.
Mit anderen Worten wird, wie in den 3A bis 3G gezeigt, nachdem der Emitter-Bereich 121, die Anti-Reflex-Schicht 130 und die Passivierungsschicht 190 auf dem Substrat 110 ausgebildet sind, eine Vielzahl von Freilegungsteilen zum Freilegen eines Teils des Substrats 110 durch Entfernen eines Teils der gebildeten Passivierungsschicht 190 gebildet. In diesem Fall können die Freilegungsteile der Passivierungsschicht 190 unter Verwendung eines Trocken-Ätzverfahrens, eines Nass-Ätzverfahrens oder eines Laserbestrahlungsverfahrens gebildet werden. Jeder der Freilegungsteile kann eine Streifen-Form in Abhängigkeit von der Form der Kontakt-Teile 151 haben oder kann einen Kreis, ein Oval und ein Polygon, in einer festen Richtung angeordnet, haben.
Als nächstes wird das vordere Elektrodenteil-Muster 40 auf der Anti-Reflex-Schicht 130 unter Verwendung des Siebdruckverfahrens gebildet, und das hintere Elektroden-Muster 55 wird auf der Passivierungsschicht 190 und dem freigelegten Teil des Substrats 110 unter Verwendung des Siebdruckverfahrens gebildet. Ferner wird die Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52, die an das hintere Elektroden-Muster 55 angrenzen, auf der Passivierungsschicht 190 unter Verwendung des Siebdruckverfahrens gebildet.
Als nächstes wird, wie oben beschrieben, das thermische Verfahren auf dem Substrat 110 mit den Mustern 40, 55 und 52 gebildet, um das mit dem Emitter-Bereich 121 verbundene vordere Elektroden-Teil 140, die hintere Elektrode 155 mit der Vielzahl von Kontakt-Teilen 151, die mit dem Substrat 110 durch die Vielzahl von Freilegungsteilen der Passivierungsschicht 190 verbunden sind, und die Vielzahl von mit der hinteren Elektrode 155 verbundenen hinteren Sammelschienen 152 sowie die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 bei dem Substrat 110, welche an die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 angrenzen, zu bilden. In diesem Fall kann, da die Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 in dem Teil des Substrats 110, der durch Entfernen der Passivierungsschicht 190 freigelegt ist, ausgebildet ist, jeder Kontakt-Teil 151 nur das Material der hinteren Elektrode 155 enthalten.
Eine Solarzelle 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
Die in 4 und 5 gezeigte Solarzelle 12 weist die Struktur auf, die der in 1 und 2 gezeigten Solarzelle 11 ähnlich ist.
Insbesondere umfasst die Solarzelle 12 ein Substrat 110, einen Emitter-Bereich 121, der nur bei einer vorderen Oberfläche des Substrats 110 angeordnet ist, mit einer einer unebenen Oberfläche entsprechenden strukturierten Oberfläche durch ein Strukturierungsverfahren, und unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens gebildet wird, eine auf dem Emitter-Bereich 121 angeordnete Anti-Reflex-Schicht 130, eine Passivierungsschicht 190a, die auf einer hintere Oberfläche des Substrats 110 mit einer einer unebenen Oberfläche entsprechenden strukturierten Oberfläche angeordnet ist und erste und zweite Passivierungsschichten 191a und 192 umfasst, ein vorderes Elektroden-Teil 140, das mit dem Emitter-Bereich 121 verbunden ist und eine Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und eine Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142 umfasst, ein hinteres Elektroden-Teil 150, das auf der Passivierungsschicht 190a angeordnet ist, mit dem Substrat 110 verbunden ist und eine hintere Elektrode 155 mit einer Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 und eine Vielzahl von hinteren Sammelschienen 152 umfasst, und eine Vielzahl von BSF-Bereichen 172, die selektiv bei der hinteren Oberfläche des Substrats 110 angeordnet sind und mit der Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 des hintere Elektroden-Teils 150 verbunden sind.
Im Gegensatz zu der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle 11 umfasst die in den 4 und 5 gezeigte Solarzelle 12 jedoch ferner eine vordere Passivierungsschicht 193 zwischen dem Emitter-Bereich 121 und der Anti-Reflex-Schicht 130. Die vordere Passivierungsschicht 193 kann aus dem gleichen Material wie die erste Passivierungsschicht 191a der Passivierungsschicht 190a, angeordnet auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110, gebildet werden.
In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die vordere Passivierungsschicht 193 und die erste Passivierungsschicht 191a der Passivierungsschicht 190a aus einem Siliciumoxid(SiOx)-Film (das heißt, einer thermischen Oxid-Schicht) gebildet. Jede von der vorderen Passivierungsschicht 193 und der ersten Passivierungsschicht 191a der Passivierungsschicht 190a weist eine Dicke von ungefähr 15 nm bis 30 nm auf.
Dementsprechend kann die auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 als auch der Anti-Reflex-Schicht 130 angeordnete vordere Passivierungsschicht 193 eine Passivierungsfunktion des Substrats 110 erfüllen, wodurch eine Menge von durch einen bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 bestehenden Defekt verlorenen Trägern stark reduziert wird.
Die Eigenschaft der thermischen Oxid-Schicht, die unter Verwendung eines thermischen Oxid-Verfahrens gebildet wird, ist viel besser als die Eigenschaft der Siliciumoxid(SiOx)-Schicht, die unter Verwendung eines Schicht-bildenden Verfahrens, wie zum Beispiel dem PECVD-Verfahren, gebildet wird. Da die auf den vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 110 unter Verwendung des thermischen Oxid-Verfahrens gebildeten Schichten die Passivierungsfunktion erfüllen, wird der Passivierungseffekt weiter verbessert.
Die vordere Passivierungsschicht 193 und die erste Passivierungsschicht 191a der Passivierungsschicht 190a, von denen jede die thermische Oxid-Schicht ist, werden in einem Verfahren ausgebildet, bei dem Ionen in das Substrat 110 unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens implantiert werden, um den Verunreinigungsbereich zu bilden, und dann wird das Aktivierungsverfahren auf dem Verunreinigungsbereich in der Sauerstoff(O₂)-Atmosphäre durchgeführt, um dadurch eine Beschädigung der Silicium-Gitter der Oberfläche des Substrats 110 durch auf der Oberfläche des Substrats 110 auftreffende Ionen zu beheben, wie oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 3J beschrieben.
Dementsprechend werden die vordere Passivierungsschicht 193 und die erste Passivierungsschicht 191a der Passivierungsschicht 190a in dem thermischen Verfahren in der Sauerstoff(O₂)-Atmosphäre gebildet, ausgeführt nach dem Ionenimplantationsverfahren ohne ein separates Verfahren. Daher ist ein separates Schicht-bildendes Verfahren zur Bildung der vorderen Passivierungsschicht 193 und der erste Passivierungsschicht 191a nicht erforderlich. Infolgedessen wird die Herstellungszeit der Solarzelle 12 verringert.
Wie oben beschrieben wird in der Solarzelle 12 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wenn der Verunreinigungsbereich nach der Ionenimplantation aktiviert wird, um den Emitter-Bereich 121 zu bilden, die durch das Ionenimplantationsverfahren beschädigte Oberfläche des Substrats 110 wiederhergestellt. Ferner wird eine Menge von durch den Defekt, der aus der Beschädigung der Silicium-Gitter des Substrats 110 herrührt, verlorenen Trägern stark verringert, und die vordere Passivierungsschicht 193 und die erste Passivierungsschicht 191a, die bei dem Wiederherstellungsverfahren erzeugt werden und den hervorragende Passivierungseffekt haben, erfüllen die Passivierungsfunktion. Daher wird eine Menge von Trägern, die durch den Defekt bei der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 verloren werden, weiter verringert. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad der in 4 und 5 gezeigten Solarzelle 12 größer als der Wirkungsgrad der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle 11.
Wie oben beschrieben wird, wenn die Passivierungsschicht 190a die erste Passivierungsschicht 191a (das heißt, die thermische Oxid-Schicht) und die zweite Passivierungsschicht 192 (das heißt, die Siliciumnitrid-Schicht) umfasst, der größte Teil der Passivierungsfunktion durch die erste Passivierungsschicht 191a erfüllt. Das vordere Elektroden-Teil 140 sammelt sich durch die vordere Passivierungsschicht 193 bewegende Träger.
Bei der Solarzelle 12 gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird, wenn die Dicke von jeder von der vorderen Passivierungsschicht 193 und der ersten Passivierungsschicht 191a gleich oder größer als ungefähr 15 nm ist, die Beschädigung der Silicium-Gitter des durch das Ionenimplantationsverfahren beschädigten Substrats 110 wirksamer wiederhergestellt, und der Passivierungseffekt wird effizienter erhalten. Wenn die Dicke von jeder von der vorderen Passivierungsschicht 193 und der ersten Passivierungsschicht 191a gleich oder kleiner als ungefähr 30 nm ist, wird ferner eine Erhöhung der thermischen Verarbeitungszeit für das unnötige Aktivierungsverfahren verhindert, wird die Beschädigung des Siliciumgitters des Substrats 110 wirksamer wiederhergestellt und wird der Passivierungseffekt effizienter erhalten. Da die Bewegung von Trägern zu dem vorderen Elektroden-Teil 140 durch die vordere Passivierungsschicht 193 reibungsloser durchgeführt wird, wird ferner die Sammlung von Trägern durch das vordere Elektroden-Teil 140 stabiler durchgeführt.
Ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 12 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6A bis 6G sowie die 3A bis 3J beschrieben. In einer Weise wie oben unter Bezugnahme auf die 3A bis 3B beschrieben wird ein Strukturierungsverfahren auf einem Substrat 110 durchgeführt, um eine strukturierte Oberfläche entsprechend einer unebenen Oberfläche auf einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche des Substrats 110 zu bilden. Ein Verunreinigungsbereich 120 wird auf einer Oberfläche gebildet, zum Beispiel der vorderen Oberfläche des Substrats 110 unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens.
Als nächstes wird wie in 6A gezeigt, in einer Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3C beschrieben, ein thermisches Verfahren auf dem Substrat 110 bei einer Temperatur von ungefähr 700°C bis 900°C in der Sauerstoff(O₂)-Atmosphäre durchgeführt, um den Verunreinigungsbereich 120 zu aktivieren. Somit wird ein Emitter-Bereich 121 ausgebildet.
Währenddessen wird eine thermische Oxid-Schicht auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats 110 durch das Aktivierungsverfahren, das in der Sauerstoff-Atmosphäre durchgeführt wird, gebildet, um dadurch eine vordere Passivierungsschicht 193 auf der vorderen Oberfläche des Substrats 110 und eine erste Passivierungsschicht 191a einer Passivierungsschicht 190a auf der hinteren Oberfläche des Substrats 110 zu bilden. Eine Dicke von jeder von den thermischen Oxid-Schichten 193 und 191a kann ungefähr 15 nm bis 30 nm sein.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 12 ist, im Gegensatz zu dem in 3C dargestellten Verfahren, ein Verfahren zum Entfernen der bei dem Aktivierungsverfahren erzeugten thermischen Oxid-Schichten der Sauerstoff-Atmosphäre nicht erforderlich.
Als nächstes wird, in einer Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3D beschrieben, eine Anti-Reflex-Schicht 130 auf der vorderen Passivierungsschicht 193 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens, usw. gebildet. In einer Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3F beschrieben wird eine zweite Passivierungsschicht 192 auf der ersten Passivierungsschicht 191a gebildet. Somit wird die Passivierungsschicht 190a einschließlich der ersten Passivierungsschicht 191a und der zweiten Passivierungsschicht 192 wie in 6C gezeigt vollendet. In diesem Fall kann eine Bildungsordnung der Anti-Reflex-Schicht 130 und der zweiten Passivierungsschicht 192 variieren.
Als Nächstes wird, in einer Weise wie oben unter Bezugnahme auf 3G bis 3I beschrieben, ein vorderes Elektrodenteil-Muster 40 auf der Anti-Reflex-Schicht 130 und ein hinteres Elektroden-Muster 55 und eine Vielzahl von hinteren Sammelschienen-Mustern 52 auf der Passivierungsschicht 190a, wie in 6D bis 6F dargestellt, gebildet.
Als Nächstes werden, wie oben anhand von 3J beschrieben, Laserstrahlen auf die hintere Oberfläche des Substrats 110 gestrahlt, um eine geschmolzene Mischung 153 zu bilden, in welcher das hintere Elektroden-Muster 55, die unter dem hinteren Elektroden-Muster 55 liegende Passivierungsschicht 190a und das Substrat 110 miteinander vermischt werden, wie in 6G gezeigt. Danach wird das thermische Verfahren auf dem Substrat 110 mit den Mustern 55, 52 und 40 bei einer Temperatur von ungefähr 750°C bis 800°C durchgeführt, um eine hinteres Elektroden-Teil 150 einschließlich einer hinteren Elektrode 155 mit einer Vielzahl von Kontakt-Teilen 151 und einer Vielzahl von hinteren Sammelschienen 152 und ein vorderes Elektroden-Teil 140 mit einer Vielzahl von vorderen Elektroden 141 und einer Vielzahl von vorderen Sammelschienen 142, sowie eine Vielzahl von BSF-Bereichen 172 zu bilden. Somit wird die in den 4 und 5 gezeigte Solarzelle 12 vollendet.
Obwohl Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Reihe von Ausführungsbeispielen beschrieben worden sind, versteht es sich, dass zahlreiche andere Veränderungen und Ausführungsformen von Fachleuten auf dem Gebiet erdacht werden können, die in den Bereich der Grundsätze dieser Offenbarung fallen.
Insbesondere sind verschiedene Abwandlungen und Änderungen in den Bauteilen und/oder Anordnungen von Objektkombinationen im Rahmen der Offenbarung, der Zeichnungen und der beigefügten Ansprüche möglich. Neben Abwandlungen und Änderungen in den Bauteilen und/oder Anordnungen werden alternative Nutzungsmöglichkeiten auch für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

KR 10-2011-0004079 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, umfassend: Bilden eines Emitter-Bereichs von einem einem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp bei einer ersten Oberfläche eines Substrats von dem ersten Leitungstyp unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens; Bilden einer Passivierungsschicht auf einer gegenüber der ersten Oberfläche des Substrats angeordneten zweiten Oberfläche; und Bilden einer ersten Elektrode, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, und einer zweiten Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht selektiv verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden des Emitter-Bereichs umfasst: Implantieren von Verunreinigungen von dem zweiten Leitungstyp in die erste Oberfläche des Substrats unter Verwendung des Ionenimplantationsverfahrens, um einen Verunreinigungsbereich bei der ersten Oberfläche des Substrats zu bilden; und Durchführen eines thermischen Verfahrens auf dem Substrat mit dem Verunreinigungsbereich in einer Sauerstoff-Atmosphäre, um den Verunreinigungsbereich in den Emitter-Bereich umzuwandeln und um erste und zweite thermische Oxid-Schichten auf den ersten und zweiten Oberflächen des Substrats zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das thermische Verfahren bei einer Temperatur von 700°C bis 900°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Entfernen der ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Passivierungsschicht auf der zweiten thermischen Oxid-Schicht, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend Bilden einer Anti-Reflex-Schicht auf der ersten thermischen Oxid-Schicht, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die erste Elektrode durch die Anti-Reflex-Schicht und die erste thermische Oxid-Schicht mit dem Substrat verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anti-Reflex-Schicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei jede von den ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten eine Dicke von im Wesentlichen 15 nm bis 30 nm hat.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend Bilden einer Anti-Reflex-Schicht auf dem Emitter-Bereich, wobei die erste Elektrode durch die Anti-Reflex-Schicht mit dem Emitter-Bereich verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anti-Reflex-Schicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der Passivierungsschicht umfasst: Bilden einer ersten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumoxid; und Bilden einer zweiten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumnitrid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der Passivierungsschicht umfasst: Bilden einer ersten Passivierungsschicht unter Verwendung von Aluminiumoxid; und Bilden einer zweiten Passivierungsschicht unter Verwendung von Siliciumnitrid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Leitungstyp ein p-Typ und der zweite Leitungstyp ein n-Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Leitungstyp ein n-Typ ist und der zweite Leitungstyp ein p-Typ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, vor dem Bilden des Emitter-Bereichs, Bilden einer strukturierten Oberfläche auf jeder von den ersten und zweiten Oberflächen des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend Polieren der auf der zweiten Oberfläche des Substrats gebildeten strukturierten Oberfläche, um eine ebene Oberfläche zu bilden.
Solarzelle, umfassend: ein Substrat von einem ersten Leitungstyp einschließlich erster und zweiter Oberflächen, die einander gegenüberliegend angeordnet sind; einen Emitter-Bereich von einem dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyp, der bei der ersten Oberfläche des Substrats unter Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens gebildet ist; eine erste Elektrode, die auf der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Emitter-Bereich verbunden ist; eine auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnete Passivierungsschicht; und eine zweite Elektrode, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht selektiv verbunden ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, wobei der Emitter-Bereich einen Schichtwiderstand von 60 Ω/sq bis 120 Ω/sq hat.
Solarzelle nach Anspruch 18, ferner umfassend eine auf dem Emitter-Bereich angeordnete erste thermische Oxid-Schicht und eine auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnete zweite thermische Oxid-Schicht, wobei die Passivierungsschicht auf der zweiten thermischen Oxid-Schicht angeordnet ist, und wobei die erste Elektrode mit dem Emitter-Bereich durch die erste thermische Oxid-Schicht verbunden ist und die zweite Elektrode mit dem Substrat durch die Passivierungsschicht und die zweite thermische Oxid-Schicht verbunden ist.
Solarzelle nach Anspruch 20, wobei jede von den ersten und zweiten thermischen Oxid-Schichten eine Dicke von im Wesentlichen 15 nm bis 30 nm hat.
Solarzelle nach Anspruch 18, wobei die Passivierungsschicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 22, wobei die Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm hat.
Solarzelle nach Anspruch 20, ferner umfassend eine auf der ersten thermischen Oxid-Schicht angeordnete Anti-Reflex-Schicht.
Solarzelle nach Anspruch 24, wobei die Anti-Reflex-Schicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, ferner umfassend eine auf dem Emitter-Bereich angeordnete Anti-Reflex-Schicht, wobei die erste Elektrode durch die Anti-Reflex-Schicht hindurch geht und den Emitter-Bereich berührt.
Solarzelle nach Anspruch 26, wobei die Anti-Reflex-Schicht aus Siliciumnitrid gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, wobei die Passivierungsschicht eine erste Passivierungsschicht, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und aus Siliciumoxid gebildet ist, und eine zweite Passivierungsschicht, die auf der ersten Passivierungsschicht angeordnet ist und aus Siliciumnitrid gebildet ist, umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 28, wobei die erste Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 200 nm bis 300 nm hat und die zweite Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm hat.
Solarzelle nach Anspruch 28, wobei der erste Leitungstyp ein p-Typ ist und der zweite Leitungstyp ein n-Typ ist.
Solarzelle nach Anspruch 28, wobei der erste Leitungstyp ein n-Typ ist und der zweite Leitungstyp ein p-Typ ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, wobei die Passivierungsschicht eine erste Passivierungsschicht, die auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist und aus Aluminiumoxid gebildet ist, und eine zweite Passivierungsschicht, die auf der ersten Passivierungsschicht angeordnet ist und aus Siliciumnitrid gebildet ist, umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 32, wobei die erste Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 30 nm bis 70 nm hat und die zweite Passivierungsschicht eine Dicke von im Wesentlichen 40 nm bis 80 nm hat.
Solarzelle nach Anspruch 32, wobei der erste Leitungstyp ein p-Typ und der zweite Leitungstyp ein n-Typ ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Feld-Bereich, der an die zweite Elektrode angrenzt und bei dem Substrat angeordnet ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, worin Rauigkeiten der ersten und zweiten Oberflächen des Substrats im Wesentlichen zueinander gleich sind.
Solarzelle nach Anspruch 18, worin Rauigkeiten der ersten und zweiten Oberflächen des Substrats voneinander verschieden sind.