DE102013112638A1 - Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium angegeben, mit mindestens einem Laserdotierschritt zur Erzeugung eines n-Typ- oder p-Typ-dotierten Bereiches (20, 22), und mit mindestens einem Laserablationsschritt zur Freilegung von Kontaktflächen (26) an der Rückseite der Solarzelle (10), die mittels Siebdruck kontaktiert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium.
  • Bekannte Fertigungsverfahren verwenden Ofendiffusion zur Erzeugung von n-Typ-dotierten und p-Typ-dotierten Bereichen und zur Kontaktierung aufgedampfte Metalle. Für die bei rückseitenkontaktierten Solarzellen notwendige strukturierte Herstellung der dotierten Bereiche als auch für die Metallisierung sind Maskierschritte notwendig. Da der Silizium-Wafer im Diffusionsofen überall dieselbe Temperatur besitzt, findet die Diffusion gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche statt. Eine Erzeugung unterschiedlich dotierter Streifen- oder Punktstrukturen der n- und p-Typ Bereiche auf der Rückseite der Solarzelle erfordert deshalb für jede der Diffusionen entweder eine Maskierung, welche ein Eindiffundieren der Dotier-Atome lokal verhindert, oder aber einen lokalen Ätzschritt nach der Diffusion, um den nicht zu diffundierenden Bereich zu entfernen. In beiden Fällen ist sowohl die Aufbringung einer diffusionshemmenden Maskierungsschicht oder einer ätzresistenten Schutzschicht als auch deren hochauflösende Strukturierung erforderlich. Da sowohl eine Bor-Diffusion als auch eine Phosphor-Diffusion lokal erfolgen muss, sind diese Schritte vor der Durchführung der Ofendiffusion notwendig und müssen zusätzlich mit hoher Präzision unter 20 Mikrometer aufeinander ausgerichtet werden. Auch eine Öffnung einer Rückseitenpassivierungsschicht zur Kontaktierung der Solarzelle erfordert eine Präzision unterhalb von 20 Mikrometer, so dass ein Lithographieschritt erforderlich ist. Weiterhin erfordert die Aufbringung der Metallkontakte zusätzlich mindestens einen Lithographieschritt. Sofern zwei unterschiedliche Metalle verwendet werden, sind zwei Lithographieschritte notwendig.
  • Aus den oben dargestellten Gründen ist die Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen mittels Maskierungstechnik über Lithographie nicht wirtschaftlich.
  • Gemäß der WO 2007/081510 A2 wird eine rückseitenkontaktierte Solarzelle aus kristallinem Silizium hergestellt, indem Precursor-Schichten zur nachfolgenden Ofendiffusion lokal mittels Siebdrucken oder Tintenstrahldrucken aufgedruckt werden.
  • Eine derartige Herstellung führt zu ungenauer Abstimmung der dotierten Bereiche und somit zu einem nicht optimalen Wirkungsgrad.
  • Aus der DE 10 2004 036 220 A1 ist es grundsätzlich bekannt, mittels Laserdotierung dotierte Bereiche an Festkörpern mit einer hohen Defektfreiheit zu erzeugen. Hierbei wird zunächst ein Medium, welches einen Dotierstoff enthält, in Kontakt mit einer Oberfläche des Festkörpers gebracht. Anschließend wird durch Bestrahlung mit Laserimpulsen ein Bereich des Festkörpers unterhalb der mit dem Medium kontaktierten Oberfläche kurzzeitig aufgeschmolzen, so dass der Dotierstoff in den aufgeschmolzenen Bereich eindiffundiert und während des Abkühlens der aufgeschmolzene Bereich defektfrei rekristallisiert.
  • Grundsätzlich lassen sich mit einem derartigen Verfahren Maskierungsschritte und Lithographieschritte zum Dotieren durch Ofendiffusion vermeiden. Es verbleibt das Problem einer einfachen und kostengünstigen Kontaktierung an der Rückseite der Solarzelle.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium zu schaffen, das eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellung mit hoher Qualität erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium gelöst, mit mindestens einem Laserdotierschritt zur Erzeugung eines n-Typ- oder p-Typ-dotierten Bereiches, und mit mindestens einem Laserablationsschritt zur Freilegung von Kontaktflächen an der Rückseite der Solarzelle, die mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels eines Siebdruckverfahrens, kontaktiert werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
  • Erfindungsgemäß werden durch die Verwendung eines Laserdotierschritts zur Erzeugung von n-Typ- oder p-Typ-dotierten Bereichen Maskierungsschritte und Lithographieschritte überflüssig. Da die Kontaktierung an der Rückseite der Solarzelle durch mindestens einen Laserablationsschritt zur Freilegung von Kontaktflächen erfolgt, die anschließend mittels eines Druckverfahrens kontaktiert werden, ist gleichzeitig eine gute Kontaktierung ohne zusätzliche Maskierungsschritte ermöglicht. Als Druckverfahren ist hierbei das Siebdruckverfahren bevorzugt. Es kommen natürlich auch alternative Druckverfahren, wie z.B. ein Tintenstrahldruckverfahren (Ink-Jet-Printing) in Frage.
  • Der Laserdotierschritt wird vorzugsweise zur Erzeugung eines p-Typ-Emitters und/oder zur Erzeugung eines n-Typ-Back Surface Fields (BSF) auf der Rückseite der Solarzelle verwendet.
  • Hierzu wird vorzugsweise zunächst eine Precursor-Schicht, die einen Dotierstoff, insbesondere Bor, Aluminium oder Gallium enthält, auf der Rückseite der Solarzelle abgeschieden und ein p-Typ-Emitter durch lokale Bestrahlung mittels eines gepulsten Lasers erzeugt.
  • Alternativ kann der p-Typ-Emitter lokal durch Ionen-Implantation mit einem Dotierstoff, insbesondere Bor, Aluminium oder Gallium, erzeugt werden.
  • Auch auf diese Weise lässt sich der Emitter ohne Maskierungs- oder Lithographieschritte erzeugen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Emitter-Dotierung mittels Laserbestrahlung durch Strahlformung oder durch Einsatz eines weiteren unabhängig fokussierten Laserstrahls lokal unter den Emitter-Kontaktflächen eine höhere Dotierung erzeugt. Bei der Strahlformung ist entscheidend, dass die Pulsenergiedichte im Gebiet der Kontakte lokal erhöht ist, um dort eine höhere Dotierung zu erhalten. Eine entsprechende Strahlformung kann z. B. mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elements erfolgen.
  • Auf diese Weise wird eine besonders verlustarme Kontaktierung in einfacher Weise ermöglicht.
  • Zur Laserdotierung wird vorzugsweise ein gepulster Laser verwendet, vorzugsweise mit einer Pulsdauer von 30 Nanosekunden bis 500 Nanosekunden, weiter vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 500 bis 600 Nanometer, weiter vorzugsweise mit einer Pulswiederholrate von 1 kHz bis 200 kHz, weiter vorzugsweise mit einer Pulsenergiedichte von 1 J/cm2 bis 5 J/cm2.
  • Durch die Verwendung eines derartigen Lasers ergibt sich eine optimale Abstimmung auf die Dotieraufgabe. Die Siliziumoberfläche und die Precursor-Schicht können auf diese Weise lokal so weit erhitzt werden, dass der Dotiervorgang lokal bis zur gewünschten Tiefe in kürzester Zeit durchgeführt werden kann, wobei gleichzeitig eine Überdotierung vermieden werden kann. Durch eine lokale Variation der Pulsenergiedichte kann die Dotierung sowohl in den Kontaktgebieten, als auch in den nicht kontaktierten Gebieten des Emitters gleichzeitig optimal angepasst werden.
  • Vorzugsweise wird der Laserstrahl mittels einer Optik auf einen rechteckigen Bereich X·Y abgebildet, und Laser und Substrat werden inkremental relativ zueinander um eine Schrittlänge L bewegt, um vorbestimmte Flächen zu dotieren.
  • Auf diese Weise kann eine präzise Dotierung in rechteckförmigen oder linienförmigen Bereichen erzeugt werden.
  • Hierbei beträgt die Breite X vorzugsweise 0,5 bis 2 Millimeter, während die Länge Y vorzugsweise zwischen 5 Mikrometer und 500 Mikrometer liegt.
  • Vorzugsweise beträgt die Schrittlänge L, um die das Substrat und der Laser inkremental zueinander bewegt werden, zwischen 0,1·Y und Y. Durch wiederholtes Bestrahlen und Verschieben des Silizium-Wafers oder durch Verschieben des auf die Oberfläche abgebildeten Laserstrahls in Y-Richtung um die Schrittlänge L wird die gesamte gewünschte Fläche eines Streifens oder Punktes dotiert.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzeugung eines n-Typ Back Surface Fields (BSF) auf der Rückseite der Solarzelle zunächst eine Phosphor-Silikatglasschicht (PSG) als Precursor auf dem Substrat abgeschieden, die anschließend mittels eines Lasers zur Erzeugung einer n-Typ-Dotierung bestrahlt wird. Die Abscheidung der PSG Schicht erfolgt gleichzeitig mit einer Vorderseitendotierung (Front Surface Field, FSF) des Wafers in einem Hochtemperatur-Diffusionsofen. Die Erzeugung eines FSF ermöglicht eine verbesserte Passivierung der Solarzellen-Vorderseite.
  • Vorzugsweise wird die Phosphor-Silikatglasschicht nach der Laserdotierung durch Ätzen entfernt und anschließend die phosphordotierte Schicht zumindest auf der Rückseite des Substrates teilweise zurückgeätzt.
  • Das Zurückätzen erfolgt, abhängig von der Tiefe und Phosphorkonzentration auf beiden Seiten des Silizium-Wafers oder nur auf der Rückseite. Ziel des Rückätzschrittes ist es, den in den Bor-Emitter-Bereichen vorhandenen Phosphor zu reduzieren. Die Phosphor-Oberflächenkonzentration im Emitter-Bereich kann durch den Rückätzschritt so eingestellt werden, dass diese nach einer nachfolgenden thermischen Oxidation mindestens fünffach kleiner ist als die Bor-Oberflächenkonzentration.
  • Eine Reduktion der Phosphorkonzentration auf der Vorderseite ist erforderlich, falls diese zu hoch phosphordotiert ist. Angestrebt ist hierbei eine Phosphor-Oberflächenkonzentration von etwa 1·1018 cm–3 bis 1·1019 cm–3 nach einem nachfolgenden thermischen Oxidationsschritt für eine optimale Vorderseitenpassivierung durch das so erzeugte FSF. Zusätzlich wird durch die Rückätzung eine chemische Reinigung des Silizium-Wafers erreicht.
  • Nach der Laserdotierung der BSF-Schicht oder nach dem teilweisen Rückätzschritt wird eine thermische Oxidation im Bereich von 700 °C bis 1100 °C, vorzugsweise 800 °C bis 1050 °C, durchgeführt.
  • Bei diesem sog. Drive-in-Schritt wächst Siliziumdioxid als Oberflächenpassivierung auf. Ferner diffundieren aufgrund der hohen Temperaturen die Dotier-Atome weiter in den Silizium-Wafer hinein. Dadurch sinkt die Oberflächenkonzentration der Dotierung sowohl im Solarzellenemitter als auch im BSF und FSF.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird auf der Vorderseite eine Anti-Reflexionsschicht abgeschieden, vorzugsweise eine Siliziumnitridschicht mittels PECVD abgeschieden.
  • Auf der Rückseite der Solarzelle wird vorzugsweise eine Stapelschicht aus siliziumarmem und siliziumreichem Siliziumoxid oder Siliziumnitrid vorzugsweise mittels PECVD abgeschieden.
  • Die siliziumarme Schicht hat hierbei vorzugsweise einen niedrigen Brechungsindex (n < 1,7) und eine Dicke zwischen 70 Nanometer und 300 Nanometer, während die nachfolgende siliziumreiche Schicht vorzugsweise eine Schicht mit hohem Brechungsindex (n > 2,7) und einer Dicke zwischen 10 Nanometer und 100 Nanometer ist. Beide Schichten können nacheinander im selben Prozessschritt in derselben Anlage abgeschieden werden. Sie erhöhen u. a. das "Light-Trapping" und passivieren die Rückseite. Ferner dient die hochbrechende Schicht als Ablations-Maskierschritt in den nachfolgenden Prozessschritten.
  • Nach dem Auftragen der Stapelschicht wird vorzugsweise mittels eines UV-Lasers eine Ablation zur Freilegung der zu kontaktierenden Bereiche durchgeführt, wobei vorzugsweise nur die zuletzt abgeschiedene siliziumreiche Schicht in den zu kontaktierenden Bereichen ablatiert wird, da nur diese die UV-Strahlung absorbiert. Die siliziumarme Schicht ist für die UV-Strahlung transparent und kann deshalb von dieser nicht absorbiert werden, wodurch ihre Ablation verhindert wird.
  • Die verbleibende Schicht bis zur Siliziumgrenzfläche kann dann für eine nachfolgende Kontaktierung weggeätzt werden.
  • Auf diese Weise erfolgt eine lokale Öffnung der Kontaktflächen ohne eine Laserschädigung an der Silizium-Oberfläche.
  • Emitter und Basis werden in vorteilhafter Ausführung der Erfindung beide mittels des Druckverfahrens, vorzugsweise mittels des Siebdruckverfahrens, kontaktiert.
  • Hierzu wird vorzugsweise eine Siebdruckpaste, die nicht durch dielektrische Schichten auf der Rückseite der Zelle durchkontaktiert, auf die zu kontaktierenden Bereiche von Emitter und Basis aufgedruckt, anschließend getrocknet und gefeuert, vorzugsweise bei Temperaturen von 300 °C bis 850 °C.
  • Die kontaktierte Fläche ist hierbei nur durch die vom Laser geöffneten Bereiche definiert, und Kurzschlüsse werden vermieden. Da durch die Siebdruckpaste beide dotierten Bereiche von Emitter und Basis gleichermaßen kontaktiert werden können, verringert sich der Herstellungsprozess der Solarzelle um zwei Prozessschritte, nämlich um einen Siebdruckschritt und einen Trockenschritt.
  • Beim nachfolgenden Feuern der Solarzelle sintert die Siebdruckpaste und kontaktiert die Solarzelle in den durch den Laser geöffneten Kontaktbereichen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zusätzlich zu den Kontaktbereichen von Emitter und Basis auch die Stromsammelschienen (Bus Bars) gleichzeitig durch Aufdrucken und Feuern einer Siebdruckpaste hergestellt.
  • Alternativ kann die Erzeugung der Stromsammelschienen (Bus Bars) auch erst später bei einer Verschaltung verschiedener Solarzellenmodule erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt nach dem Siebdruckschritt zunächst eine galvanische Verstärkung der Kontaktfinger und/oder der Stromsammelschienen.
  • Dadurch wird deren Leitfähigkeit verbessert und so deren Serienwiderstand gesenkt.
  • Alternativ kann der Siebdruckvorgang durch Aufdrucken und nachfolgendes Feuern von weiterer Siebdruckpaste wiederholt werden, um den Serienwiderstand der Kontaktfinger bzw. Stromsammelschienen zu senken.
  • Auf der Vorderseite der Solarzelle wird vorzugsweise vor der Dotierung des Emitters eine Vorderseitentextur erzeugt. Dies kann durch nasschemisches Polieren und Texturätzen des Substrates an der Vorderseite erfolgen.
  • Das nasschemische Polieren kann hierbei als erster Schritt, ggf. auch einseitig, durchgeführt werden, woran sich ein einseitiges nasschemisches Texturätzen anschließt. Die Reihenfolge kann auch vertauscht werden, indem zunächst mit einer nasschemischen Texturätzung zur Erzeugung der Vorderseitentextur der Solarzelle begonnen wird, gefolgt von einer nasschemischen einseitigen Politur der Rückseite der Solarzelle und dem Abscheiden einer Bor-haltigen Precursor-Schicht auf der Rückseite der Solarzelle.
  • Eine rückseitenkontaktierte Solarzelle aus kristallinem Silizium, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt ist, weist eine Anti-Reflexionsschicht auf der Vorderseite, einen n-Typ-Si-Wafer auf, an dem ein p-Typ-dotierter Emitter auf der Rückseite ausgebildet ist, wobei ferner ein laserdotiertes n-Typ-Back Surface Field auf der Rückseite und ein ebenfalls n-Typ Front Surface Field auf der Vorderseite vorgesehen ist, sowie gedruckte Kontakte auf der Rückseite.
  • Eine derartige rückseitenkontaktierte Solarzelle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, unterscheidet sich von anderen, herkömmlich hergestellten rückseitenkontaktierten Solarzellen dadurch, dass durch die Dotierung mittels des gepulsten Lasersstrahls ein charakteristisches Muster in der jeweiligen Schicht verbleibt, das an der fertig hergestellten Solarzelle nachweisbar ist, so dass eine derartige Solarzelle von herkömmlichen Solarzellen unmittelbar unterscheidbar ist.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
  • 1 einen vereinfachten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle und
  • 2 eine schematische Darstellung der Aufsicht einer Einheitszelle der Rückseite der Solarzelle gemäß 1.
  • In 1 ist der Querschnitt einer erfindungsgemäßen Solarzelle schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.
  • Die Solarzelle 10 weist einen n-Typ-Silizium-Wafer 16 auf. An der Vorderseite ist dieser mit einer Passivier- und Anti-Reflexionsschicht 12 auf einer pyramidenartigen Textur versehen. Darunter befindet sich eine Vorderseiten-Phosphordiffusionsschicht, das Front Surface Field (FSF) 14.
  • An der Rückseite weist die Solarzelle 10 laserdotierte Bor-Emitter 20 auf, an denen jeweils selektiv stärker dotierte Emitter-Bereiche 18 ausgebildet sind, auf denen Kontakte 28 durch Siebdruck aufgedruckt sind.
  • Auf der Rückseite der Solarzelle 10 befinden sich ferner mittels Phosphor laserdotierte Basiskontaktbereiche 22. Die Rückseite ist durch eine Passivierschicht 24 gegenüber den Kontakten 28 isoliert, durch die die Kontaktierung zu den selektiv dotierten Emitter-Bereichen 18 und den hochdotierten Basisbereichen 22 hergestellt ist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Aufsicht einer Einheitszelle der Rückseite der Solarzelle 10 gemäß 1. An der Ober- und Unterseite der Zeichnung wird die Einheitszelle gespiegelt fortgesetzt. Dabei ist links und rechts der Solarzellenrand. 30 zeigt den Basiskontaktbereich. 22 bezeichnet den Basisbereich, der durch die BSF-Dotierung (Back Surface Field) entstanden ist. 34 bezeichnet die Dotierung für die Stromsammelschiene (Bus Bar). 20 bezeichnet die Emitter-Dotierung. 18 bezeichnet den selektiv höher dotierten Emitter-Bereich. 36 bezeichnet schließlich den Emitter-Kontaktbereich.
  • Die Herstellung einer derartigen Solarzelle 10 wird nachfolgend im Detail beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kommt vollständig ohne Maskierschritte aus. Stattdessen werden Laserdotierschritte und ein Laserablationsschritt zur Öffnung der Rückseiten-Passivierungsschicht verwendet. Die Laserdotierung zur Erzeugung des Emitters kann optional auch durch einen lokalen Ionen-Implantationsschritt ersetzt werden.
  • Zur Herstellung der Solarzelle 10 wird ein bereits grunddotierter n-Typ-Silizium-Wafer verwendet.
  • Auf der Vorderseite der Solarzelle 10 erfolgt zunächst eine nasschemische alkalische Texturierung zur Erzeugung einer pyramidenartig texturierten Oberfläche. Anschließend wird die Rückseite der Solarzelle 10 nasschemisch einseitig poliert (alkalisch oder sauer). Daran schließt sich die Abscheidung einer bor-, aluminium- oder galliumhaltigen Precursor-Schicht auf der Rückseite der Solarzelle 10 an. Die Reihenfolge dieser Schritte kann auch vertauscht werden: Es kann zunächst eine nasschemische Politur (ggf. auch einseitig) erfolgen, gefolgt von einer einseitigen nasschemischen Texturierung auf der Vorderseite der Solarzelle 10.
  • Die Precursor-Schicht auf der Rückseite der Solarzelle 10 kann z.B. mit Hilfe einer Sputteranlage, oder einer plasmachemischen Abscheideanlage z.B. APCVD, oder mit Hilfe eines Spin-Coating Verfahrens oder einer Sprühbeschichtungsanlge appliziert werden.
  • Anschließend wird ein p-Typ-Emitter auf der Rückseite der Solarzelle 10 mit Hilfe eines Laser-Dotierprozesses erzeugt. Hierbei schmilzt ein Laserpuls die Oberfläche des Silizium-Wafers auf. Aufgrund der hohen Diffusionskonstanten in flüssigem Silizium diffundieren die in der Precursor-Schicht vorhandenen Dotier-Atome während der Flüssigphase innerhalb von ca. 100 Nanosekunden bis zu einer Tiefe von ca. 1000 Nanometer in die Oberfläche des Silizium-Wafers und bilden so den p-Typ-Emitter.
  • Hierbei wird der Laserstrahl mit Hilfe einer Optik so auf die Silizium-Oberfläche abgebildet, dass ein einzelner Laserpuls einen scharf begrenzten rechteckigen Bereich mit einer Fläche der Größe X·Y aufschmilzt. Vorzugsweise ist 0,5 Millimeter < X < 2 Millimeter und 5 Mikrometer < Y < 500 Mikrometer. Hierbei definiert die Größe X die Breite der Emitter-Streifen oder -Punkte. Durch wiederholtes Bestrahlen und Verschieben des Silizium-Wafers oder durch Verschieben des auf die Oberfläche abgebildeten Laserstrahls in Y-Richtung um die Schrittlänge L wird die gesamte Fläche eines Emitter-Streifens oder -Punktes dotiert. Vorzugsweise ist hierbei 0,1·Y < L < Y.
  • Zusätzlich wird bei der Emitter-Dotierung ferner eine lokal erhöhte Bor-Dotierung unterhalb des Emitter-Bus-Bar-Bereiches erzeugt. Dies erfolgt entweder durch Strahlformung bei der Laserbestrahlung oder durch Verwendung eines weiteren, unabhängig fokussierten Laserstrahls. Bei der Strahlformung ist entscheidend, dass die Pulsenergiedichte im Gebiet der Kontakte lokal erhöht ist, um dort eine höhere Dotierung zu erhalten. Eine entsprechende Strahlformung kann z. B. mit Hilfe eines diffraktiven optischen Elements erfolgen.
  • Durch die lokal erhöhte Bor-Dotierung unterhalb des Emitter-Bus-Bar-Bereiches (auch selektiver Emitter genannt) wird ein verringerter Gesamtserienwiderstand und damit ein besserer Füllfaktor der Solarzelle erzielt. Durch die lokal erhöhte Bor-Dotierung unterhalb des Emitter-Kontaktes (sog. selektiver Emitter) wird ferner die Rekombination von Ladungsträgern an der Metall-Halbleitergrenzfläche vermindert. Dadurch erhöht sich die Leerlaufspannung und somit der Wirkungsgrad der Solarzelle 10. Ferner wird der Kontaktwiderstand reduziert, wodurch der Gesamtserienwiderstand sinkt und der Füllfaktor steigt.
  • Beide lokale Dotierungen lassen sich ohne zusätzlichen Prozessschritt während des Emitter-Laserdotierens erzeugen. Durch eine Variation der Laserpulsenergiedichte wird das Dotierprofil und damit der Schichtwiderstand eingestellt.
  • Nach der Laser-Dotierung des Emitters wird die verbliebene Precursor-Schicht nasschemisch entfernt. Die dazu verwendete chemische Lösung hängt von der verwendeten Precursor-Schicht ab.
  • Anschließend wird der Silizium-Wafer durch eine Salzsäure-Wasserstoffperoxid-Lösung und danach in einem Flusssäurebad gereinigt.
  • Alternativ zur oben beschriebenen Laserdotierung unter Verwendung einer zuvor abgeschriebenen Precursor-Schicht kann der mit Bor dotierte Emitter der Solarzelle 10 auch mit Hilfe eines lokalen Ionen-Implantationsschrittes erzeugt werden. Eine defektfreie Rekristallisation des durch die Ionen-Implantation amorphisierten Siliziums sowie die Aktivierung der Dotier-Atome wird durch die noch später beschriebene thermische Oxidation erreicht, die sich auch im Falle eines Laserdotierungsschrittes anschließt.
  • Auf der Rückseite des Silizium-Wafers wird ferner ein sog. Back Surface Field (BSF) in Form eines hochdotierten n-Typ-Bereiches durch Laserdotierung unter Verwendung einer phosphorreichen Precursor-Schicht erzeugt.
  • Hierzu wird zunächst in einem Standard-Röhrenhochtemperaturofen eine phosphorreiche Phosphor-Silikatglasschicht sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Silizium-Wafers abgeschieden. Hierbei dienen POCl3 und O2 als Prozessgase. Die Abscheidung erfolgt bei Temperaturen zwischen 700 °C und 850 °C. Dabei diffundiert ferner ein Teil des Phosphors wenige zig Nanometer bis 500 Nanometer in den Silizium-Wafer ein. Die Diffusion wird hierbei so optimiert, dass eine möglichst in die Tiefe flache und geringe Dotierung stattfindet, aber dennoch ein phosphorreiches Phosphorsilikatglas entsteht, bzw. eine phosphorreiche Grenzfläche vorliegt.
  • Die phosphorreiche Grenzfläche bzw. die Phosphor-Silikatglasschicht dient als Dotierquelle für einen nachfolgenden Laserdotierungsprozess.
  • Wie zuvor bei der Emitter-Dotierung beschrieben, schmilzt ein Laserimpuls hierbei die Oberfläche des Silizium-Wafers auf. Aufgrund der hohen Diffusionskonstante im flüssigen Silizium diffundieren die in der Phosphor-Silikatglasschicht vorhandenen Phosphor-Atome während der Flüssigphase innerhalb von ca. 100 Nanosekunden bis zu einer Tiefe von ca. 1000 Nanometer in die Oberfläche des Silizium-Wafers und bilden den BSF-Bereich 32, einen hochdotierten n-Typ-Bereich. Wie zuvor beschrieben, wird hierbei der Laserstrahl mit Hilfe einer Optik so auf die Silizium-Oberfläche abgebildet, dass ein einzelner Laserpuls einen scharf begrenzten rechteckigen Bereich mit einer Fläche der Größe X·Y aufschmilzt. Wiederum wird hierbei durch eine Relativbewegung zwischen Silizium-Wafer und Laserstrahl in Y-Richtung um die Schrittlänge L nach und nach die gesamte Fläche eines BSF-Streifens oder -Punktes dotiert. Im Übrigen werden hierbei die gleichen geometrischen Verhältnisse verwendet wie oben bereits im Zusammenhang mit der Emitter-Dotierung beschrieben.
  • Die Phosphorsilikatglasschicht wird nach der lokalen BSF-Laserdotierung mittels Flusssäurelösung (1 % bis 50 %) entfernt.
  • Anschließend wird die phosphordotierte Schicht zumindest auf der Rückseite des Substrates teilweise zurückgeätzt. Hierzu wird eine nasschemische Lösung aus Flusssäure, Salpetersäure, Essigsäure und deionisiertem Wasser verwendet, um etwa 10 Nanometer bis 300 Nanometer der phosphordotierten Schicht in der Tiefe zurückzuätzen. Dieser Ätzschritt erfolgt abhängig von der Tiefe und Phosphorkonzentration auf beiden Seiten des Silizium-Wafers oder nur auf der Rückseite. Ziel des Rückätzschrittes ist es, den in den Bor-Emitter-Bereichen vorhandenen Phosphor zu reduzieren.
  • Die Phosphor-Oberflächenkonzentration im Emitter-Bereich sollte nach der thermischen Oxidation, die nachfolgend beschrieben wird, mindestens fünffach kleiner sein als die Bor-Oberflächenkonzentration. Die Reduktion der Phosphorkonzentration auf der Vorderseite ist erforderlich, falls diese zu hoch phosphordotiert ist. Ziel ist es hierbei, eine Phosphor-Oberflächenkonzentration von 1·1018 cm–3 bis 1·1019 cm–3 nach der folgenden Hochtemperaturoxidation zu erhalten. Zusätzlich dient der Rückätzschritt der chemischen Reinigung des Silizium-Wafers.
  • Anschließend wird zunächst eine nasschemische Reinigung durch eine Salzsäure-Wasserstoffperoxid-Lösung mit einem anschließenden Flusssäurebad durchgeführt.
  • Daran schließt sich eine thermische Oxidation als sog. Drive-in-Schritt an. Hierbei wächst eine Siliziumdioxid-Schicht als Oberflächenpassivierung auf. Beim Drive-in diffundieren aufgrund der hohen Temperaturen (etwa 800 °C bis 1050 °C) die Dotier-Atome weiter in den Silizium-Wafer hinein. Dadurch sinkt die Oberflächenkonzentration der Dotierung sowohl im Back Surface Field (BSF) und Front Surface Field (FSF), als auch im Emitter. Das entstehende Siliziumdioxid wächst bis zu einer Schichtdicke von 5 Nanometer bis 105 Nanometer auf, wobei in Kombination mit einer weiteren Anti-Reflexionsbeschichtung Schichtdicken im Bereich von 5 Nanometer bis 20 Nanometer angestrebt werden.
  • Um die effektive Reflexion der Solarstrahlung an der Oberfläche der Solarzelle 10 zu reduzieren, wird eine Siliziumnitridschicht auf der Vorderseite der Solarzelle 10 mittels plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschieden. Der Brechungsindex sollte hierbei zwischen 1,9 und 2,3 liegen.
  • Auf der Rückseite der Solarzelle 10 wird ebenfalls mittels PECVD eine Stapelschicht aus zwei Silizium-Suboxidschichten abgeschieden. Zunächst wird eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (n < 1,7) und einer Dicke zwischen 70 Nanometer und 300 Nanometer abgeschieden. Darauf wird dann eine Schicht mit hohem Brechungsindex (n > 2,7) und einer Dicke zwischen 10 Nanometer und 100 Nanometer abgeschieden. Beide Schichten werden nacheinander im selben Prozessschritt in derselben Anlage abgeschieden. Sie erhöhen das "Light-Trapping" und passivieren die Rückseite. Die hochbrechende Schicht dient als Ablations- und Maskierschicht in den folgenden Prozessschritten.
  • Zur nachfolgenden Kontaktierung erfolgt eine lokale Öffnung der Kontaktflächen mittels Laserablation der ersten Silizium-Suboxidschicht. Durch anschließendes Ätzen der zweiten Silizium-Suboxidschicht wird die Silizium-Oberfläche ohne Laserschädigung geöffnet.
  • Die verwendete Laserstrahlung wird hierbei nur von der hochbrechenden Silizium-Suboxidschicht, also von der zuletzt abgeschiedenen Suboxidschicht, absorbiert. Vorzugsweise wird hierbei ein gepulster UV-Laser verwendet, welcher eine Pulsdauer zwischen 1 ns und 100 ns hat. Oberhalb einer bestimmten Schwellenergiedichte führt die absorbierte Laserenergie zum Verdampfen und somit zur Ablation der hochbrechenden Silizium-Suboxidschicht. Die darunter befindliche niedrigbrechende Silizium-Suboxidschicht wird nicht ablatiert, da diese die Laserstrahlung nicht absorbiert. Somit ist die Oberfläche des Silizium-Wafers geschützt. Die Ablation führt zu keinerlei Defektbildung auf der Silizium-Wafer-Oberfläche bzw. im Volumen des Wafers.
  • Die zuletzt abgeschiedene siliziumreiche Silizium-Suboxidschicht auf der Rückseite der Solarzelle 10 dient zum einen als Haftvermittler zur Siebdruckpaste, zum anderen als Absorber- und Ätzschutzschicht bei der Laserablation und dem folgenden Ätzschritt in Flusssäure. Die siliziumreiche SiOx-Schicht weist eine hohe Absorption im UV-Spektralbereich auf. Bei Bestrahlung der Rückseite mit einem UV-Laser (der beispielsweise bei einer Wellenlänge von 355 Nanometer emittiert) wird ein Großteil der optischen Laserleistung in der siliziumreichen SiOx-Schicht absorbiert. Durch die eingebrachte Energie wird somit die siliziumreiche SiOx-Schicht ablatiert, während die darunter liegende Silizium-Wafer-Oberfläche nur einen geringen Energieeintrag erhält und damit unbeschädigt bleibt. Das thermisch gewachsene SiO2 und die siliziumarme SiOx-Schicht erfahren ebenfalls nur einen geringen Energieeintrag und ändern ihre Struktur und Dicke nur geringförmig. Auf diese Weise ist eine lokale Ablation der siliziumreichen SiOx-Schicht möglich, ohne die Wafer-Oberfläche durch die Erzeugung von Defekten zu schädigen.
  • Die noch verbliebene niedrigbrechende Silizium-Suboxidschicht wird anschließend zusammen mit der thermisch gewachsenen SiO2 Schicht bis zur Siliziumgrenzfläche mittels Flusssäure durch Ätzen entfernt. Dabei wird die Kontaktfläche vor einer nachfolgenden Metallisierung geöffnet.
  • Die Ätzrate der niedrigbrechenden Silizium-Suboxidschicht ist ein Vielfaches höher als die der hochbrechenden Schicht, wodurch diese als Ätzmaske dient. Der Ätzschritt in Flusssäure kann einseitig nur auf der Rückseite durchgeführt werden, oder aber beidseitig. Wenn beidseitig geätzt wird, muss die Dicke der Anti-Reflexionsschicht angepasst werden, falls diese durch die Flusssäure geätzt wird.
  • Eine nachfolgende Kontaktierung der Solarzelle 10 auf der Rückseite erfolgt mittels Siebdruck einer metallhaltigen Paste. Dabei wird ausschließlich eine solche Siebdruckpaste verwendet, welche nicht durch die dielektrischen Schichten auf der Rückseite der Solarzelle zum Silizium durchkontaktiert. Somit ist die kontaktierte Fläche nur durch die vom Laser geöffneten Bereiche definiert, und Kurzschlüsse werden vermieden.
  • Vorzugsweise wird hierbei eine Siebdruckpaste verwendet, welche beide dotierte Bereiche (Emitter und Basis) gleichermaßen kontaktiert. Dadurch verringert sich der Herstellungsprozess der Solarzelle um zwei Prozessschritte, einen Siebdruckschritt und einen Trockenschritt.
  • Auch die Stromsammelschienen (Bus Bars) können gleichzeitig durch Aufdrucken der Siebdruckpaste erzeugt werden.
  • Nach dem Drucken wird die Siebdruckpaste zunächst getrocknet. Danach wird die Solarzelle gefeuert. Die Zelle erfährt hierbei für kurze Zeit (wenige Sekunden bis eine Minute) Temperaturen zwischen 300 °C und 850 °C. Dadurch wird die Siebdruckpaste gesintert und kontaktiert die Solarzelle in den zuvor durch den Laser geöffneten Bereichen.
  • Bei beiden zuvor beschriebenen Laser-Dotierprozessen wird ein gepulstes Lasersystem verwendet. Für die Erzeugung eines optimierten Tiefenprofils der Dotierstoffe sind folgende Laserparameter bevorzugt:
    • – Pulsdauer zwischen 30 Nanosekunden und 500 Nanosekunden,
    • – Wellenlänge zwischen 500 Nanometer und 600 Nanometer,
    • – Pulswiederholrate zwischen 1 kHz und 200 kHz,
    • – Pulsenergiedichte zwischen 1 J/cm2 und 5 J/cm2.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/081510 A2 [0004]
    • DE 102004036220 A1 [0006]

Claims (24)

  1. Verfahren zur Herstellung rückseitenkontaktierter Solarzellen aus kristallinem Silizium, mit mindestens einem Laserdotierschritt zur Erzeugung eines n-Typ- oder p-Typ-dotierten Bereiches (20, 22), und mit mindestens einem Laserablationsschritt zur Freilegung von Kontaktflächen (26) an der Rückseite der Solarzelle (10), die mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels eines Siebdruckverfahrens, kontaktiert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zur Erzeugung eines p-Typ-Emitters (20) und/oder zur Erzeugung eines n-Typ Back Surface Fields (BSF) (22) auf der Rückseite der Solarzelle (10) ein Laserdotierschritt verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Precursor-Schicht, die einen Dotierstoff, insbesondere Bor, Aluminium oder Gallium enthält, auf der Rückseite der Solarzelle (10) abgeschieden wird und ein p-Typ-Emitter (20) durch lokale Bestrahlung mittels eines gepulsten Lasers erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein p-Typ-Emitter (20) lokal durch Ionenimplantation mit einem Dotierstoff, insbesondere Bor, Aluminium oder Gallium, erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei der Emitterdotierung mittels Laserstrahlung durch Strahlformung oder durch Einsatz eines weiteren unabhängig fokussierten Laserstrahls lokal unter den Emitter-Kontaktflächen ein Bereich (18) mit höherer Dotierung erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Laserdotierung ein gepulster Laser verwendet wird, vorzugsweise mit einer Pulsdauer von 30 Nanosekunden bis 500 Nanosekunden, weiter vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 500 Nanometer bis 600 Nanometer, weiter vorzugsweise mit einer Pulswiederholrate von 1 kHz bis 200 kHz, weiter vorzugsweise mit einer Pulsenergiedichte von 1 J/cm2 bis 5 J/cm2.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Laserstrahl mittels einer Optik auf einen rechteckigen Bereich X·Y abgebildet wird, und Laser und Substrat inkremental relativ zueinander um eine Schrittlänge L bewegt werden, um vorgegebene Flächen zu dotieren.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem X zwischen 0,5 und 2 Millimeter liegt und Y vorzugsweise zwischen 5 Mikrometer und 500 Mikrometer liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Schrittlänge L, um die das Substrat und der Laser inkremental zueinander bewegt werden, zwischen 0,1·Y und Y liegt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Erzeugung eines n-Typ Back Surface Fields (BSF) (32) gleichzeitig mit der Vorderseitendiffusion auf der Rückseite der Solarzelle (10) zunächst eine Phosphor-Silikatglasschicht als Precursor auf dem Wafer abgeschieden wird, die anschließend mittels eines Lasers zur Erzeugung einer lokalen n-Typ-Dotierung bestrahlt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Phosphor-Silikatglasschicht nach der Laserdotierung durch Ätzen entfernt wird und anschließend die phosphordotierte Schicht zumindest auf der Rückseite des Substrates teilweise zurückgeätzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem nach der Laserdotierung der BSF-Schicht (32) oder nach dem teilweisen Rückätzschritt, eine thermische Oxidation im Bereich von 700 °C bis 1100 °C, vorzugsweise 800 °C bis 1050 °C, durchgeführt wird, wobei eine Siliziumdioxidschicht als Oberflächenpassivierung an der Vorderseite und Rückseite erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Vorderseite eine Anti-Reflexionsschicht (12), vorzugsweise eine Siliziumnitridschicht mittels PECVD abgeschieden wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Rückseite der Solarzelle (10) eine Stapelschicht aus siliziumarmen und siliziumreichem Siliziumoxid oder Siliziumnitrid vorzugsweise mittels PECVD abgeschieden wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem nach dem Auftragen der Stapelschicht vorzugsweise mittels eines UV-Lasers ein Laserablationsschritt zur Freilegung der zu kontaktierenden Bereiche (26) durchgeführt wird, wobei vorzugsweise nur die zuletzt abgeschiedene siliziumreiche Schicht, in den zu kontaktierenden Bereichen ablatiert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die verbleibende Schicht bis zur Siliziumgrenzfläche für eine nachfolgende Kontaktierung weggeätzt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Emitter (20) und Basis (22) mittels eines Druckverfahrens, vorzugsweise mittels eines Siebdruckverfahrens, kontaktiert werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem eine Siebdruckpaste, die nicht durch dielektrische Schichten auf der Rückseite der Solarzelle (10) durchkontaktiert, auf die zu kontaktierenden Bereiche von Emitter (20) und Basis (22) aufgedruckt wird, anschließend getrocknet und gefeuert wird, vorzugsweise bei Temperaturen von 300 °C bis 850 °C.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Emitter (20), die Basis (22) und vorzugsweise die Stromsammelschienen (Bus Bars) (34) gleichzeitig durch Aufdrucken und Feuern einer Siebdruckpaste kontaktiert werden.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem nach dem Siebdruckschritt eine galvanische Verstärkung der Kontaktfinger (28) und/oder der Stromsammelschienen (34) erfolgt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem eine weitere Siebdruckpaste aufgedruckt und gefeuert wird, um den Serienwiderstand der Kontaktfinger (28) und/oder Stromsammelschienen (34) zu senken.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf dem Substrat zunächst eine Vorderseitentextur erzeugt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem das Substrat nasschemisch poliert und an seiner Vorderseite texturgeätzt wird.
  24. Rückseitenkontaktierte Solarzelle aus kristallinem Silizium, vorzugsweise hergestellt nach einem dem vorhergehenden Ansprüche, mit einer Anti-Reflexionsschicht (12) auf der Vorderseite, mit einem n-Typ-Si-Wafer (16), an dem ein p-Typ-dotierter Emitter (20) auf der Rückseite ausgebildet ist, mit einem laserdotierten n-Typ Back Surface Field (32) auf der Rückseite, und mit gedruckten Kontakten (28) auf der Rückseite.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017186488A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-02 Universitaet Stuttgart Verfahren zur herstellung rueckseitenkontaktierter solarzellen aus kristallinem silizium

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109300779A (zh) * 2018-08-29 2019-02-01 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 一种硅片的处理方法及装置
CN110600500A (zh) * 2019-08-30 2019-12-20 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 一种钙钛矿与n型硅基背接触电池叠加电池结构
RU2724142C1 (ru) * 2019-12-17 2020-06-22 Акционерное общество "ОКБ-Планета" АО "ОКБ-Планета" Способ получения различных видов морфологии поверхности карбида кремния
CN113990961B (zh) * 2021-10-27 2023-10-10 通威太阳能（成都）有限公司 一种太阳能电池及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004036220A1 (de) 2004-07-26 2006-03-23 Jürgen H. Werner Laserdotierung von Festkörpern mit einem linienfokussierten Laserstrahl und darauf basierende Herstellung von Solarzellen-Emittern
WO2007081510A2 (en) 2005-12-21 2007-07-19 Sunpower Corporation Back side contact solar cell structures and fabrication processes
DE102012202367A1 (de) * 2012-02-16 2013-08-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100294349A1 (en) * 2009-05-20 2010-11-25 Uma Srinivasan Back contact solar cells with effective and efficient designs and corresponding patterning processes
US20120012170A1 (en) * 2010-07-19 2012-01-19 Institutt For Energiteknikk Processed silicon wafer, silicon chip, and method and apparatus for production thereof
KR101729745B1 (ko) * 2011-01-05 2017-04-24 엘지전자 주식회사 태양전지 및 이의 제조 방법
CN103858239A (zh) * 2011-11-16 2014-06-11 天合光能发展有限公司 全背接触太阳能电池和制造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004036220A1 (de) 2004-07-26 2006-03-23 Jürgen H. Werner Laserdotierung von Festkörpern mit einem linienfokussierten Laserstrahl und darauf basierende Herstellung von Solarzellen-Emittern
DE102004036220B4 (de) * 2004-07-26 2009-04-02 Jürgen H. Werner Verfahren zur Laserdotierung von Festkörpern mit einem linienfokussierten Laserstrahl
WO2007081510A2 (en) 2005-12-21 2007-07-19 Sunpower Corporation Back side contact solar cell structures and fabrication processes
DE102012202367A1 (de) * 2012-02-16 2013-08-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
22% Efficient Laser Doped Back Contact Solar Cell. In: Silicon PV Proceeding 25-27 March 2013, 2013, 250-253. *
OPTIMIZATION OF LASER PROCESSED BACK-CONTACTED SILICON SOLAR CELLS. In: 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 2012, 1272-1277. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017186488A1 (de) * 2016-04-27 2017-11-02 Universitaet Stuttgart Verfahren zur herstellung rueckseitenkontaktierter solarzellen aus kristallinem silizium
CN109314151A (zh) * 2016-04-27 2019-02-05 巴登-符腾堡Enbw能源有限公司 由晶体硅制备背表面触点太阳能电池的方法

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Publication number Publication date
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