DE102013206894A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle (100), wobei das Verfahren (300) einen Schritt (302) des Beschichtens, einen Schritt (304) des Aktivierens und einen Schritt (306) des Kontaktierens aufweist. Im Schritt (302) des Beschichtens wird ein Grundmaterial (400) der Fotovoltaikzelle (100) mit einer Schicht (600) beschichtet, die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist. Im Schritt (304) des Aktivierens wird das Donatormaterial in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht (600) aktiviert, um ein n-dotiertes Basisgebiet (700) zu erhalten. Alternativ oder ergänzend wird das Akzeptormaterial in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht (600) aktiviert, um ein p-dotiertes Emittergebiet (800) zu erhalten. Im Schritt (306) des Kontaktierens wird das Basisgebiet (700) mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss (1000) kontaktiert und das Emittergebiet (800) mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss (1002) kontaktiert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle, auf eine entsprechende Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
  • Es ist erstrebenswert, Fotovoltaikzellen mit hohem Wirkungsgrad zu geringen Fertigungskosten herzustellen.
  • Die DE 10 2011 077 450 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung einer kristallinen Solarzelle.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle, weiterhin eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Eine Fotovoltaikzelle mit einer obstruktionsfreien Lichteinfallsseite weist bereits ohne weitere technische Änderung einen höheren Gesamtwirkungsgrad auf, als eine Fotovoltaikzelle mit einer Obstruktion, beispielsweise durch elektrische Kontakte auf der Lichteinfallsseite. Bei der Herstellung der Fotovoltaikzelle ist ein Aufbringen von durchgängigen Schichten auf einen Rohling einfacher als ein Beschichten mit in die Schicht integrierten Strukturen. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt eine Methode zum Ausbilden verschieden dotierter Gebiete auf einer Rückseite einer obstruktionsfreien Fotovoltaikzelle aus einer durchgehend aufgebrachten, einheitlichen Schicht in wenigen Schritten. Durch das Ausbilden der verschieden dotierten Gebiete aus der einheitlichen Schicht kann ein fotoelektrischer Wirkungsgrad der Fotovoltaikzelle verbessert werden und eine Fertigungszeit der Fotovoltaikzelle reduziert werden. Weiterhin können die verschieden dotierten Gebiete frei auf eine Fläche der Schicht verteilt werden.
  • Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
  • Beschichten eines Grundmaterials der Fotovoltaikzelle mit einer Schicht, die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist;
  • Aktivieren des Donatormaterials in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht, um ein n-dotiertes Basisgebiet zu erhalten und/oder Aktivieren des Akzeptormaterials in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht, um ein pdotiertes Emittergebiet zu erhalten; und
  • Kontaktieren des Basisgebiets mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss und Kontaktieren des Emittergebiets mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss.
  • Unter einem Grundmaterial kann eine Scheibe aus einem Halbleitermaterial verstanden werden. Das Grundmaterial kann insbesondere ein Wafer aus kristallinem Silizium sein. Ein Beschichten kann ein Abscheiden, ein Ablagern bzw. ein Anlagern von Material in einer oder mehreren dünnen Schichten sein. Ein Donatormaterial kann eine chemische Spezies sein, die einen Ladungsträger bereitstellt, wenn sie in ein Kristallgitter eingelagert ist. Ein Akzeptormaterial kann eine chemische Spezies sein, die eine Fehlstelle im Kristallgitter bereitstellt, wenn sie in das Kristallgitter eingelagert ist. Das Donatormaterial und das Akzeptormaterial können in einem passiven Zustand zwischen Gitteratomen des Halbleitermaterials angeordnet sein, und damit elektrisch unwirksam sein. Das Aktivieren kann ein Einlagern des Donatormaterials bzw. des Akzeptormaterials in das Kristallgitter des Halbleitermaterials sein. Das Aktivieren kann durch eine lokale Wärmebehandlung erfolgen. Das Donatormaterial kann bei einer unterschiedlichen Temperatur als das Akzeptormaterial aktiviert werden. Die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche können in kleinere Teilgebiete unterteilt sein. Die Teilgebiete können eine vorgegebene Ausdehnung aufweisen. Dadurch kann ein geplanter Abstand zwischen einem Emittergebiet und den benachbarten Basisgebieten ausgebildet werden. Im Schritt des Kontaktierens können die Basisgebiete und die Emittergebiete mit einem elektrischen Leiter verbunden werden, um elektrische Energie der Fotovoltaikzelle abzutransportieren.
  • Es wird ferner eine Vorrichtung zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle vorgestellt, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Die Vorrichtung weist folgende Merkmale auf:
  • eine Einrichtung zum Beschichten, die dazu ausgebildet ist, ein Grundmaterial der Fotovoltaikzelle mit einer Schicht zu beschichten, die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist;
  • eine Einrichtung zum Aktivieren, die dazu ausgebildet ist, das Donatormaterial in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht zu aktivieren, um ein n-dotiertes Basisgebiet zu erhalten. Alternativ oder ergänzend ist die Einrichtung zum Aktivieren dazu ausgebildet das Akzeptormaterial in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht zu aktivieren, um ein p-dotiertes Emittergebiet zu erhalten; und
  • eine Einrichtung zum Kontaktieren, die dazu ausgebildet ist, das Basisgebiet mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss und das Emittergebiet mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss zu kontaktieren.
  • Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
  • Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuerund/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Das Halbleitermaterial kann in amorphem Zustand aufgebracht werden. Das Aktivieren verschiedener Dotieratome kann besonders gut in amorphem Halbleitermaterial erfolgen. Durch amorphes Halbleitermaterial kann die Fotovoltaikzelle einen besonders hohen fotoelektrischen Wirkungsgrad aufweisen.
  • Die Schicht kann bei einer Temperatur aufgebracht werden, die geringer ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials und eine Temperatur zum Aktivieren des Akzeptormaterials. Durch eine geringe Temperatur beim Aufbringen bzw. Abscheiden der Schicht kann eine große Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit beim Aktivieren der Dotieratome erreicht werden. In der aufgebrachten Schicht können das Donatormaterial und das Akzeptormaterial inaktiv sein.
  • Die Schicht kann bei einer Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials auf das Grundmaterial aufgebracht werden, um das n-dotierte Basisgebiet zu erhalten. Durch ein Aktivieren einer Spezies von Dotieratomen beim Aufbringen bzw. Abscheiden kann ein Fertigungsschritt eingespart werden.
  • Das Akzeptormaterial kann in der zweiten Teilfläche bei einer Temperatur aktiviert werden, die höher ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials, um das p-dotierte Emittergebiet zu erhalten. Durch eine höhere Temperatur kann die p-Dotierung sicher ausgebildet werden.
  • Die Schicht kann mit einer um einen Faktor höheren Konzentration des Akzeptormaterials auf das Grundmaterial aufgebracht werden, als eine Konzentration des Donatormaterials. Durch die höhere Konzentration des Akzeptormaterials können sich beim Aktivieren des Akzeptormaterials eine jeweils gleiche Anzahl von Atomen des Akzeptormaterials und des Donatormaterials gegenseitig neutralisieren und Atome des Akzeptormaterials übrig bleiben, um das Halbleitermaterial p zu dotieren. Das Akzeptormaterial kann das Donatormaterial überkompensieren.
  • Die Schicht kann unter Verwendung von Laserenergie, insbesondere gerichteter Laserenergie, aktiviert werden, um das Donatormaterial und/oder das Akzeptormaterial zu aktivieren. Laserenergie kann einfach und präzise bereitgestellt und dosiert werden.
  • In der Schicht zwischen dem Basisgebiet und dem Emittergebiet kann ein elektrisch isolierendes Isolatorgebiet vom Aktivieren ausgenommen werden. Im Isolatorgebiet kann die Schicht eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dadurch können das Emittergebiet und das Basisgebiet für einen hohen Wirkungsgrad der Fotovoltaikzelle elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Der elektrisch leitfähige Emitteranschluss und der elektrisch leitfähige Basisanschluss können als eine durchgängige elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden werden, wobei der Emitteranschluss und der Basisanschluss nachträglich elektrisch voneinander isoliert werden. Eine durchgehende Schicht kann schnell und einfach abgeschieden werden. Das Trennen kann beispielsweise schnell und präzise mit einem Laser erfolgen.
  • Der Emitteranschluss und der Basisanschluss und alternativ oder ergänzend das Basisgebiet und das Emittergebiet können durch ein Entfernen von Material elektrisch voneinander isoliert werden. Beispielsweise kann das Material durch eine Laserablation zielgenau entfernt werden. Dabei kann ein minimaler Wärmeeintrag in die verbleibenden Schichten ermöglicht werden.
  • Im Schritt des Beschichtens kann eine Pufferschicht aus einem Halbleitermaterial zwischen der Schicht und dem Grundmaterial angeordnet werden. Im Schritt des Kontaktierens kann eine Pufferschicht aus einem Halbleitermaterial zwischen dem Basisanschluss und dem Basisgebiet und zwischen dem Emitteranschluss und dem Emittergebiet angeordnet werden. Die Pufferschichten können insbesondere aus einem amorphen Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium sein. Die Pufferschichten ermöglichen einen hohen elektrischen Wirkungsgrad der Fotovoltaikzelle. Die Pufferschichten können eine intrinsische Leitfähigkeit aufweisen.
  • Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung und/oder Ansteuerung von Schritten des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit vorderseitigem Emitter und rückseitiger Basis;
  • 2 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit rückseitigem Emitter und rückseitiger Basis;
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Darstellung verschiedener Grundmaterialien für eine Fotovoltaikzelle zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Darstellung eines Grundmaterials für eine Fotovoltaikzelle mit einer Pufferschicht zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine Darstellung eines Grundmaterials für eine Fotovoltaikzelle mit einer universal dotierten Schicht zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit aktiviertem Donatormaterial in einem Basisgebiet gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit aktiviertem Akzeptormaterial in einem Emittergebiet zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit einer Pufferschicht auf einem Emittergebiet und einem Basisgebiet zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 10 eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle mit einem Emitteranschluss auf einem Emittergebiet und einem Basisanschluss auf einem Basisgebiet zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Darstellung eines Verlaufs einer Leitfähigkeit über eine Wärmebehandlungszeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine Darstellung eines Verlaufs einer Leitfähigkeit über eine Abscheidetemperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 13 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
  • 1 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit vorderseitigem Emitter 102 und rückseitiger Basis 104. Die Fotovoltaikzelle 100 basiert auf einem Wafer 106 bzw. einer Scheibe aus einem Halbleitermaterial, hier Silizium. In dem dargestellten Beispiel ist das Silizium mit einer Grunddotierung ausgerüstet. Das Silizium ist n-dotiert. Auf beiden Seiten des Wafers 106 ist eine dünne Zwischenschicht 108 aus intrinsischem amorphem Silizium aufgebracht. Hier weisen die Zwischenschichten 108 eine Dicke von drei Nanometern auf. Auf den Zwischenschichten 108 ist auf einer Vorderseite bzw. Lichteinfallsseite der Fotovoltaikzelle 100 der Emitter 102 in Form einer Schicht p-dotierten amorphen Siliziums angeordnet. Auf einer Rückseite der Fotovoltaikzelle 100 ist die Basis 104 in Form einer Schicht n-dotierten amorphen Siliziums angeordnet. Emitter 102 und Basis 104 weisen jeweils eine Dicke von zehn Nanometern auf. Emitter 102 und Basis 104 sind jeweils von einer Schicht 110 elektrisch leitfähigem, transparentem Oxid bedeckt. Auf der Vorderseite ist der Emitter 102 durch ein Gitter aus metallischen Kontakten 112, hier aus Silber, kontaktiert. Auf der Rückseite ist die Basis 104 durch einen metallischen Rückkontakt 114, hier ebenfalls aus Silber kontaktiert.
  • Mit Hetero-Übergang-Solarzellen 100 lassen sich wegen der niedrigeren Sperrsättigungsströme der Emitter 102 im Vergleich zu Homo-Übergang-Zellen deutlich höhere Spannungen erzielen. Das Wirkungsgradpotenzial von Hetero-Übergang-Solarzellen 100 liegt 1 bis 2 % absolut über dem Wirkungsgradpotenzial von Homo-Übergang-Zellen. Hetero-Übergang-Solarzellen 100 verfügen über einen dotierten Heteroemitter 102 aus amorphem Silizium (aSi). Der mit dieser Zelltechnologie erzielbare Wirkungsgrad kann bis 23,7 % betragen.
  • Die Dotierung des Emitters 102 ermöglicht die Bildung eines P-n-Übergangs und damit die Extraktion der durch Sonnenlicht generierten Ladungsträger. Wichtigste Aufgabe der amorphen Siliziumschicht 108, üblicherweise zwischen 5 nm und 20 nm dick, ist in diesem Fall aber, die Waferoberfläche der Solarzelle 100 zu passivieren und so die Rekombinationsrate der durch Sonnenlicht erzeugten Ladungsträger zu verringern, wodurch die Konzentration der Ladungsträger in der Solarzelle 100 erhöht wird. Durch die höhere Ladungsträgerkonzentration kommt es zu einer größeren Aufspaltung der Quasi-Ferminiveaus in der Zelle 100, was gleichbedeutend mit einer höheren erreichbaren elektrischen Spannung an der Solarzelle 100 ist.
  • Die hohe Dotierung des aSi Emitters 102 führt dazu, dass im Emitter 102 Licht absorbiert wird und nicht zur Stromerzeugung in der Solarzelle 100 beiträgt. Das im Emitter 102 absorbierte Licht geht für die Energieumwandlung verloren. Durch das Metallgrid 112 auf der Vorderseite können zusätzlich bis zu ca. 5 % des eingestrahlten Sonnenlichts abgeschattet werden.
  • In 1 ist ein Aufbau einer Heteroübergangs-Solarzelle 100 dargestellt. In 2 ist ein Aufbau einer klassischen IBC-Solarzelle 100 dargestellt.
  • 2 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit rückseitigem Emitter 102 und rückseitiger Basis 104. Die Fotovoltaikzelle 100 weist großteils die gleichen Merkmale auf, wie die Fotovoltaikzelle in 1. Wie in 1 weist die Fotovoltaikzelle 100 ein Trägersubstrat 106 in Form eines n-dotierten Siliziumwafers auf. Der Emitter 102 und die Basis 104 sind nebeneinander auf der Rückseite des Wafers 106 angeordnet. Emittergebiete 102 und Basisgebiete 104 wechseln sich ab. Emittergebiete 102 und Basisgebiete 104 sind durch einen Abstand voneinander elektrisch isoliert. Die Basis 104 ist hier als Back-Surface-Field BSF bezeichnet. Im Gegensatz zu 1 ist hier keine Zwischenschicht zwischen dem Wafer 106 und dem Emitter 102 bzw. zwischen dem Wafer 106 und der Basis 104 angeordnet. Die Vorderseite der Fotovoltaikzelle 100 ist durch eine elektrisch isolierende Passivierung 200 aus Siliziumdioxid und eine reflexverhindernde Beschichtung aus Siliziumnitrid ausgebildet. Auf der Rückseite weist die Fotovoltaikzelle 100 ebenfalls eine elektrisch isolierende Passivierung 200 aus Siliziumdioxid auf. Die Passivierung 200 auf der Rückseite füllt den Abstand zwischen den Emittergebieten 102 und den Basisgebieten 104 aus. Die Passivierung 200 auf der Rückseite ist durchbrochen ausgeführt. Durch Durchbrüche zu den Emitterbereichen 102 ist der Emitter 102 mit einem Emitterkontakt 202 kontaktiert. Durch Durchbrüche zu den Basisgebieten 104 ist die Basis mit einem Basiskontakt 204 kontaktiert. Emitterkontakt 202 und Basiskontakt 204 sind aus Aluminium. Der Emitterkontakt 202 und der Basiskontakt 204 sind nebeneinander auf der Rückseite der Fotovoltaikzelle 100 angeordnet und gegeneinander elektrisch isoliert.
  • Durch eine Rückseitenkontaktierung können ein Absorptionsverlust im amorphen Si-Emitter und eine Gridabschattung vermieden werden. Bei dieser sogenannten IBC (Interdigitated Back Contact)-Solarzelle 100 sind beide Kontakte, Emitter 102 und Basiskontakt 104 nebeneinander auf der Rückseite platziert, was eine Metallisierung der Vorderseite überflüssig macht. Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt IBC-Zellen 100 mit c-Si/a-Si Heteroübergang. Dadurch können mehr als 23 % Wirkungsgrad erreicht werden. Durch eine Kombination beider Technologien, Heterostruktursolarzellen und IBC-Solarzellen kann ein Wirkungsgradpotenzial kristalliner Solarzellen von über 25 % erschlossen werden.
  • Rückseitenkontaktierte Heterostruktursolarzellen 100 mit 20 % Wirkungsgrad können bereits realisiert werden. Dabei kommen für die Strukturierung der auf der Rückseite befindlichen p- und n-dotierten aSi Emittergebiete 102 und Basisgebiete 104 Lithografieprozesse in Kombination mit nasschemischer Strukturierung zum Einsatz.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 weist einen Schritt 302 des Beschichtens, einen Schritt 304 des Aktivierens und einen Schritt 306 des Kontaktierens auf. Im Schritt 300 des Beschichtens wird ein Grundmaterial der Fotovoltaikzelle mit einer Schicht beschichtet, die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist. Im Schritt 304 des Aktivierens wird das Donatormaterial in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht aktiviert, um ein n-dotiertes Basisgebiet zu erhalten. Alternativ oder ergänzend wird das Akzeptormaterial in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht aktiviert, um ein p-dotiertes Emittergebiet zu erhalten. Im Schritt 306 des Kontaktierens wird das Basisgebiet mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss kontaktiert. Weiterhin wird das Emittergebiet mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss kontaktiert.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird das Halbleitermaterial der Schicht in amorphem Zustand aufgebracht. Das Grundmaterial kann kristallin oder amorph sein. Beispielsweise wird die Schicht durch eine Gasphasenabscheidung auf dem Grundmaterial abgeschieden. Das Donatormaterial und das Akzeptormaterial sind in der amorphen Schicht durch das Abscheiden gleichmäßig verteilt.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Schicht bei einer Temperatur aufgebracht, die geringer ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials und eine Temperatur zum Aktivieren des Akzeptormaterials. Bei der niedrigen Temperatur wird weder das Donatormaterial noch das Akzeptormaterial aktiviert. In der unaktivierten Schicht sind im Schritt des Aktivierens die Emitterbereiche und Basisbereiche frei auf der Schicht verteilbar.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Schicht bei einer Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials auf das Grundmaterial aufgebracht, um das ndotierte Basisgebiet zu erhalten. Dabei wird das Donatormaterial bereits aktiviert, die Fotovoltaikzelle erhält also ein flächendeckendes Basisgebiet auf der Rückseite.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird das Akzeptormaterial in der zweiten Teilfläche bei einer Temperatur aktiviert, die höher ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials, um das p-dotierte Emittergebiet zu erhalten. Das Akzeptormaterial wird im Schritt des Aktivierens in den geplanten Emittergebieten aktiviert. Beim Aktivieren des Akzeptormaterials wird die n-Dotierung durch das Donatormaterial neutralisiert.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Schicht mit einer um einen Faktor höheren Konzentration des Akzeptormaterials auf das Grundmaterial aufgebracht, als eine Konzentration des Donatormaterials. Durch die hohe Konzentration des Akzeptormaterials wird beim Aktivieren des Akzeptormaterials bei der Akzeptoraktivierungstemperatur ein Effekt des beim Durchlaufen der Donatoraktivierungstemperatur aktivierten Donatormaterials im Emitterbereich überkompensiert. Beim Überkompensieren neutralisieren sich Fehlerstellen im Halbleitermaterial der Schicht, die durch Atome des Donatormaterials und durch Atome des Akzeptormaterials hervorgerufen werden, wenn die Materialien aktiviert werden. Durch die höhere Konzentration des Akzeptormaterials bleiben in Summe Fehlstellen durch Atome des Akzeptormaterials übrig und Emitterbereiche entstehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Schicht unter Verwendung von gerichteter Laserenergie aktiviert, um das Donatormaterial und/oder das Akzeptormaterial zu aktivieren. Durch Laserstrahlung wird Aktivierungsenergie dosiert und gezielt in die Schicht eingebracht. Die Aktivierungsenergie bewirkt eine Erwärmung der Schicht. In den geplanten Basisgebieten wird weniger Energie eingebracht, als in den geplanten Emittergebieten. Beim Erreichen der Donatoraktivierungstemperatur wird das Donatormaterial aktiviert. Beim Erreichen der Akzeptoraktivierungstemperatur wird das Akzeptormaterial aktiviert.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird in der Schicht zwischen dem Basisgebiet und dem Emittergebiet ein elektrisch isolierendes Isolatorgebiet vom Aktivieren ausgenommen. In dem Isolatorgebiet wird die Schicht nicht aktiviert. Damit sind elektrische Eigenschaften des Isolatorgebiets näherungsweise isolierend. Durch eine Isolation von Emittergebieten und Basisgebieten können elektrische Verluste vermieden werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird der elektrisch leitfähige Emitteranschluss und der elektrisch leitfähige Basisanschluss als eine durchgängige elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden. Der Emitteranschluss und der Basisanschluss nachträglich werden elektrisch voneinander isoliert. Durch eine durchgehende Schicht kann eine effiziente und schnelle Fertigung der Fotovoltaikzelle erfolgen.
  • In einem Ausführungsbeispiel werden der Emitteranschluss und der Basisanschluss ein Entfernen von Material elektrisch voneinander isoliert. Alternativ oder ergänzend werden das Basisgebiet und das Emittergebiet durch ein Entfernen von Material elektrisch voneinander isoliert. Beispielsweise werden die zu trennenden Bereiche durch ein Laserablationsverfahren getrennt.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Beschichtens eine Pufferschicht aus einem Halbleitermaterial zwischen der Schicht und dem Grundmaterial angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt des Kontaktierens eine Pufferschicht aus einem Halbleitermaterial zwischen dem Basisanschluss und dem Basisgebiet und zwischen dem Emitteranschluss und dem Emittergebiet angeordnet. Die Pufferschichten sind aus amorphem intrinsisch leitfähigem Silizium. An den Pufferschichten kann sich besonders einfach je ein Hetero-Übergang mit guten elektrischen Eigenschaften ausbilden.
  • Mit anderen Worten zeigt 3 ein Ablaufdiagramm eines Herstellverfahrens 300 für rückseitenkontaktierte Heterostruktursolarzellen unter Verwendung von universal dotierten amorphen Silizium-Schichten.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die bisher für Rückseitenkontaktierte-IBC-Heterostruktursolarzellen verwendeten, aufwendigen Strukturierungstechnologien durch das Aufbringen 302 einer universellen Precursorschicht aus amorphem Silizium und den Einsatz einer selektiven, laserstrahlgestützten Dotierstoffaktivierung 304 ersetzt. Die hier vorgestellte Lösung umfasst außerdem eine auf den selektiven Laseraktivierungsprozess 304 abgestimmte Fertigungssequenz rückseitenkontaktierter Heterostruktursolarzellen.
  • Grundlage des hier vorgestellten Ansatzes ist eine kostengünstige Herstellungssequenz um eine Heterostruktur-Solarzelle (aSi) 100 und das Interdigitated Back Contact Solarzellenkonzept miteinander zu verbinden. In den 4 bis 10 ist beispielhaft die Herstellungssequenz zur Verwendung einer universal dotierten Precursorschicht 600 zusammen mit selektiver Laseraktivierung gezeigt.
  • 4 zeigt eine Darstellung verschiedener Grundmaterialien 400 für eine Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind drei Ausführungsbeispiele für einen Wafer 400 bzw. eine Scheibe 400 aus einem Halbleitermaterial. In diesen Ausführungsbeispielen ist das Grundmaterial 400 ein mit einer niedrigen Konzentration n-dotiertes kristallines Silizium. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Grundmaterial 400 auf einer lichtzugewandten Seite plan. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Grundmaterial 400 auf der lichtzugewandten Seite strukturiert, um verringerte Reflexionsverluste auf der lichtzugewandten Seite zu ermöglichen. In dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Grundmaterial 400 der lichtzugewandten Seite strukturiert, passiviert und mit einer Anti-Reflex-Schicht 402 beschichtet.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird nach einer Waferreinigung des n-Typ-Wafers 400 auf die Vorderseite des Grundmaterials 400 nach einer optionalen Oberflächentexturierung (z. B. durch KOH) eine Passivierschicht in Verbindung mit einer Antireflexbeschichtung 402 aufgebracht. Passivier-und Antireflexschicht 402 können sowohl getrennt (z. B. aSi, Al2O3 oder SiO2-Passivierschicht und SiN oder SiO2 Antireflexschicht 402) als auch als eine Schicht 402 (z. B. SiN oder SiO2) ausgeführt werden. Um eine bessere Kontrollierbarkeit der nachfolgenden Prozessschritte auf der Waferrückseite zu ermöglichen, kann die Oberflächentextur einseitig auf der Vorderseite ausgeführt werden.
  • 5 zeigt eine Darstellung eines Grundmaterials 400 für eine Fotovoltaikzelle mit einer Pufferschicht 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Grundmaterial 400 entspricht dem dritten Ausführungsbeispiel aus 4. Die Pufferschicht 500 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus intrinsischem, amorphem Silizium. Die Pufferschicht 500 ist als Zwischenschicht 500 ausgebildet und auf einer lichtabgewandten Seite des Grundmaterials 400 angeordnet.
  • Auf die vorher gereinigte Rückseite des Si-Wafers 400 ist eine intrinsische Pufferschicht 500 aus amorphem Silizium abgeschieden worden.
  • 6 zeigt eine Darstellung eines Grundmaterials 400 für eine Fotovoltaikzelle mit einer universal dotierten Schicht 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Grundmaterial 400 entspricht dem Grundmaterial in 5. Das Grundmaterial 400 weist die Zwischenschicht 500 auf. Die Schicht 600 ist auf die Zwischenschicht 500 aufgetragen und besteht aus amorphem Halbleitermaterial, hier Silizium einer Beimengung aus Donatormaterial zum n-Dotieren sowie einer Beimengung aus Akzeptormaterial zum P-Dotieren. Beide Beimengungen zu der Schicht 600 sind in 6 nicht in ein Kristallgitter des Halbleitermaterials eingebettet und weisen deshalb keine dotierenden Eigenschaften auf. Das Akzeptormaterial weist eine höhere Konzentration in der Schicht auf, als das Donatormaterial. Das Akzeptormaterial weist eine höhere Aktivierungstemperatur auf, als das Donatormaterial.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die universal dotierte Schicht 600 auf dem Grundmaterial 400 angeordnet.
  • In 6 ist eine universale, akzeptorhaltige und donatorhaltige Schicht 600 aus amorphem Silizium abgeschieden worden. Dabei kann aufgrund der höheren Aktivierungsenergie für die p-Typ Aktivierung die Dichte der Akzeptoratome größer als die Dichte der Donatoratome sein. Die Elementzusammensetzung der dotierten aSi Schicht 600 als Universalprecursor kann z. B. durch SIMS (Sekundärionen-Massenspektrometrie) kontrolliert werden.
  • 7 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit aktiviertem Donatormaterial in einem Basisgebiet 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zum Aktivieren des Donatormaterials wird mit einem Laserstrahl 702 Wärmeenergie in eine universal dotierte Schicht 600 auf einem Grundmaterial 400, wie es in 6 dargestellt ist, eingebracht. Dabei erwärmt der Laser 702 durch ein gesteuertes Abzeilen der Schicht 600 eine erste Teilfläche der Schicht 600 auf eine vorbestimmte Donatoraktivierungstemperatur. Durch die Wärmeenergie wird das Donatormaterial in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingelagert. Dabei entstehen in dem Kristallgitter Fehlerstellen und das Basisgebiet 700 entsteht aus der Schicht 600. Die Fehlerstellen stellen frei bewegliche negative Ladungsträger im Kristallgitter bereit. Die Schicht 600 wird n-dotiert. Das Basisgebiet 700 setzt sich aus mehreren Teilgebieten 700 zusammen. Zwischen den Teilgebieten sind Zwischenräume 702 angeordnet, in denen die universal dotierte Schicht 600 nicht verändert ist. Das in den Basisgebieten 700 ebenfalls vorhandene Akzeptormaterial reagiert bei der Donatoraktivierungstemperatur nicht und bleibt passiv.
  • Durch einen niederenergetischen Aktivierungsschritt mit kleinerem Energieeintrag werden zunächst die n-dotierten Basisgebiete 700 durch Laseraktivierung aktiviert.
  • 8 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit aktiviertem Akzeptormaterial in einem Emittergebiet 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fotovoltaikzelle 100 ist in einem auf 7 nachfolgenden Fertigungsstadium gezeigt. Die universal dotierte Schicht 600 ist in den Basisgebieten 700 bereits mit Wärme behandelt worden, sodass bei der Donatoraktivierungstemperatur das Donatormaterial, nicht aber das Akzeptormaterial aktiviert worden ist. Hier wird die universal dotierte Schicht 600 in Emittergebieten 800 mit dem Laser 702 auf eine Akzeptoraktivierungstemperatur erwärmt. Dabei wird die Donatoraktivierungstemperatur beim Erwärmen durchlaufen, wobei das Donatormaterial aktiviert wird. Bei der Akzeptoraktivierungstemperatur wird das Akzeptormaterial aktiviert und in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingebaut. Das Akzeptormaterial verursacht Fehlerstellen im Kristallgitter, die frei bewegliche positive elektrische Ladungsträger im Halbleitermaterial bereitstellen. Durch eine höhere Konzentration von positiven Ladungsträgern, als negativen Ladungsträgern werden die negativen Ladungsträger neutralisiert. Die Schicht 600 wird im Emittergebiet 800 p-dotiert. Zwischen je einem Emittergebiet 800 und je einem Basisgebiet 700 ist je ein unaktivierter Zwischenraum 802 angeordnet, in dem weder das Donatormaterial noch das Akzeptormaterial aktiviert sind. Der Zwischenraum 802 isoliert die Basisgebiete 700 von den Emittergebieten 800.
  • Durch den zweiten Aktivierungsschritt, der mit höherem Energieeintrag erfolgt, werden in den Emittergebieten 800 zwar sowohl Donator- als auch Akzeptoratome durch Laseraktivierung aktiviert, durch die höhere Zahl an Akzeptoratomen wird die auch vorhandene n-Dotierung überkompensiert, sodass in Summe ein p-dotiertes amorphes Silizium entsteht. Zwischen Basisgebieten 700 und Emittergebieten 800 kann Bereich 802 stehen bleiben, der nicht aktiviert wird. Dadurch ergibt sich eine nötige elektrische Isolierung zwischen p- und n-Kontakt, wodurch parasitäre Shunt-Widerstände vermieden werden.
  • Mit anderen Worten können die weißen Isolationsgebiete 802 zwischen Basiskontakt 700 und Emitterkontakt 800 entweder durch fehlende Aktivierung mit dem Laser 702 oder durch nachträgliches Entfernen der Schichtstapel 600 erzeugt werden.
  • 9 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit einer Pufferschicht 900 auf einem Basisgebiet 700 und einem Emittergebiet 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fotovoltaikzelle 100 entspricht der Fotovoltaikzelle in 8. Zusätzlich ist auf den Basisgebieten 700, den Emittergebieten 800 und den Zwischenräumen 802 eine elektrisch leitfähige Pufferschicht 900 aufgebracht worden. Die Pufferschicht 900 ist im Bereich der Zwischenräume 802 getrennt. Durch die Trennung ist ein erster Teilbereich der Pufferschicht 900 mit den Basisgebieten 700 elektrisch verbunden. Ein zweiter Teilbereich der Pufferschicht 900 ist elektrisch mit den Emittergebieten 800 verbunden. Der erste Teilbereich ist elektrisch von dem zweiten Teilbereich durch die Trennung isoliert.
  • 10 zeigt eine Darstellung einer Fotovoltaikzelle 100 mit einem Basisanschluss 1000 auf einem Basisgebiet 700 und einem Emitteranschluss 1002 auf einem Emittergebiet 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Basisanschluss 1000 und der Emitteranschluss 1002 sind als elektrisch leitende Metallschicht ausgeführt, die auf der Pufferschicht 900 angeordnet ist. Analog zu der Pufferschicht 900 weist die Metallschicht eine Trennung auf, um den Basisanschluss 1000 von dem Emitteranschluss 1002 elektrisch zu isolieren.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Pufferschicht 900 und/oder die Metallschicht als durchgehende Schicht auf den Basisgebieten 700 und den Emittergebieten 800 aufgebracht worden. Die Trennung in voneinander elektrisch isolierte Teilbereiche wurde durch ein nachträgliches Entfernen von Material der Pufferschicht 900 und/oder der Metallschicht eingebracht, beispielsweise durch einen Materialabtrag mittels gerichteter Strahlung.
  • Die elektrisch getrennte Kontaktierung von Emitterkontakt 800 und Basiskontakt 700 kann durch direktes, strukturiertes Aufbringen einer Metallschicht z. B. durch Siebdruck metallhaltiger Pasten, Verdampfungs- oder Sputterverfahren mit Schattenmaskenstrukturierung oder Ähnlichem erfolgen. Zum Schutz der darunter liegenden Si-Schichten kann außerdem eine strukturierte Schutzschicht 900 z. B. aus elektrisch leitfähigem Oxid oder anderen geeigneten elektrisch leitfähigen Materialien zwischen Metall- und Silizium eingefügt werden. Die Strukturierung dieses Materials, um eine Trennung von Emitterkontakt 800 und Basiskontakt 700 zu erreichen, kann über Laserablation oder andere Verfahren z. B. strukturiertes Aufbringen über Schattenmasken, erfolgen.
  • In einem Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Isolation zwischen den Basisgebieten 700 und den Emittergebieten 800 verbessert, indem das nicht aktivierte Material der universal dotierten Schicht in den Zwischenräumen durch einen Materialabtrag entfernt worden ist.
  • Sollten die durch undotierte Bereiche definierten Isolationsgebiete zur Vermeidung von Shuntwiderständen nicht ausreichen, so kann optional durch einen Laserablationsschritt der Schichtstapel aus aSi und Pufferschichten 900 lokal entfernt werden und so ein Isolationsbereich definiert werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Basisanschluss 1000 direkt auf dem Basisgebiet 700 und der Emitteranschluss 1002 direkt auf dem Emittergebiet 800 angeordnet.
  • 11 zeigt eine Darstellung eines Verlaufs 1100 einer Leitfähigkeit über eine Wärmebehandlungszeit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten zeigt 11 eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit von amorphen, p-dotierten Si-Schichten durch ein Post Deposition Annealing unterschiedlicher Dauer. Der Verlauf 1100 ist in einem Diagramm aufgetragen. Das Diagramm weist auf der Abszissenachse die Wärmebehandlungszeit in Sekunden von null Sekunden bis 200 Sekunden in Schritten von zehn Sekunden auf. Auf der Ordinatenachse weist das Diagramm die Leitfähigkeit σ in Ohm pro Zentimeter von 0,0002 Ω/cm bis 0,0018 Ω/cm in Schritten von 0,0001 Ω/cm auf. Der Verlauf 1100 repräsentiert eine Messreihe bei einer Wärmebehandlungstemperatur von 250° C. Zu Beginn der Messreihe weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,00025 Ω/cm auf. Nach zehn Sekunden weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,0009 Ω/cm auf. Nach 30 Sekunden weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,0005 Ω/cm auf. Am Ende der Messreihe, bei 180 Sekunden weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,00175 Ω/cm auf. Der Verlauf 1100 zeigt, dass die Leitfähigkeit von p-dotiertem Silizium durch eine Wärmebehandlung, bei der ein Dotierstoff in das Kristallgitter eingebaut wird, und dabei Fehlstellen erzeugt, gesteigert wird.
  • 12 zeigt eine Darstellung zweier Messreihen 1200 und 1202 einer Leitfähigkeit über eine Abscheidetemperatur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten zeigt 12 eine elektrische Leitfähigkeit, mit Bor dotierter, amorpher Siliziumschichten vor und nach Post Deposition Annealing bei 230° C für 3 min. Die erste Messreihe 1200 und die zweite Messreihe 1202 sind in einem Diagramm aufgetragen. Das Diagramm weist auf der Abszissenachse die Abscheidetemperatur in °C von 160°C bis 280°C in Schritten von zehn °C auf. Auf der Ordinatenachse weist das Diagramm die Leitfähigkeit σ in Ohm pro Zentimeter logarithmisch von 0,0001 Ω/cm bis 0,1 Ω/cm auf. Die erste Messreihe 1200 ist ohne Wärmebehandlung gemessen, die zweite Messreihe 1202 ist nach einer Wärmebehandlung bei 230° C für 3 Minuten gemessen. Die erste Messreihe 1200 beginnt bei einer Abscheidetemperatur von 160° C mit einer Leitfähigkeit von 0,00027 Ω/cm. Bei einer Abscheidetemperatur von 200° C weist das Silizium ohne Wärmebehandlung eine Leitfähigkeit von 0,0007 Ω/cm auf. Bei 240° C weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,007 Ω/cm auf. Die erste Messreihe 1200 endet für eine Abscheidetemperatur von 280° C ohne Wärmebehandlung bei einer Leitfähigkeit von 0,013 Ω/cm. Die zweite Messreihe 1202 beginnt bei einer Abscheidetemperatur von 160° C mit einer Leitfähigkeit von 0,0017 Ω/cm. Bei einer Abscheidetemperatur von 200° C weist das Silizium ohne Wärmebehandlung eine Leitfähigkeit von 0,0028 Ω/cm auf. Bei 240° C weist das Silizium eine Leitfähigkeit von 0,01 Ω/cm auf. Die zweite Messreihe 1202 endet für eine Abscheidetemperatur von 280° C ohne Wärmebehandlung bei einer Leitfähigkeit von 0,018 Ω/cm. Aus den Messreihen 1200 und 1202 geht hervor, dass die mit Bor dotierte Siliziumschicht durch die Wärmebehandlung eine signifikante Verbesserung der Leitfähigkeit erfährt, wenn die Siliziumschicht bei niedriger Temperatur abgeschieden wird. Der Effekt geht mit steigender Abscheidetemperatur zurück.
  • Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt eine Fertigungssequenz, die eine kostengünstige und massenproduktionstaugliche Herstellung von IBC-Heterostruktursolarzellen ermöglicht. Dieser Ansatz umfasst die Verwendung einer mit Akzeptor und Donatormaterial versetzten amorphen Siliziumschicht als Precursormaterial. Die für die rückseitenkontaktierte Zelle benötigte Definition von p-dotierten Emittergebieten und n-dotierten Basisgebieten erfolgt durch eine selektive, lasergestützte Aktivierung der im Precursormaterial vorhandenen Donatoratome bzw. Akzeptoratome. Dabei wird ausgenutzt, dass in einem Halbleiter eingebrachte Dotierstoffatome durch einen entsprechenden, thermisch unterstützten Aktivierungsprozess von einem Zwischengitterplatz in die Kristallstruktur eingefügt werden können um elektrisch aktiv zu sein bzw. ein Überschusselektron oder Defektelektron zu erzeugen. Dieses von kristallinen Materialien bekannte Verhalten, beispielsweise bei der Ionenimplantation zur Halbleiterdotierung, kann auf amorphe Materialien übertragen werden. Beispielsweise zeigen mit Bor dotierte und bei geringen Temperaturen abgeschiedene amorphe Siliziumschichten erst nach einem Temperschritt einen Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit. Wie 12 zeigt, steigt die elektrische Leitfähigkeit von, mit Bor dotierten und bei 160°C abgeschiedenen a-Si-Schichten durch ein Post-deposition-annealing bei 230°C signifikant von 2 × 10–4 auf 1.8 × 10–3 Ohm/cm an.
  • Die für die Aktivierung der Dotierstoffatome in amorphem Silizium notwendige Energie ist zwischen Donatoratom und Akzeptoratom unterschiedlich. Dieser Unterschied wird in der hier vorgestellten Erfindung so ausgenutzt, dass eine universal dotierte, Donatorhaltige und Akzeptorhaltige amorphe Siliziumschicht durch die Verwendung unterschiedlicher Laseraktivierungsprozesse lokal p- oder n-dotiert werden kann. Die selektive Strukturierung zur Definition von p-Emitter und n-Basiskontaktbereichen entfällt.
  • Da der Leitfähigkeitsunterschied zwischen vor einem post deposition anneal und nach dem post deposition anneal mit zunehmender Depositionstemperatur abnimmt, kann für die Deposition der universal dotierten Precursorschichten eine niedrige Abscheidetemperatur insbesondere kleiner als 200°C gewählt werden.
  • 13 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1200 zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1200 weist eine Einrichtung 1202 zum Beschichten, eine Einrichtung 1204 zum Aktivieren und eine Einrichtung 1206 zum Kontaktieren auf. Die Einrichtung 1202 zum Beschichten ist dazu ausgebildet, ein Grundmaterial der Fotovoltaikzelle mit einer Schicht zu beschichten, die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist. Die Einrichtung 1204 zum Aktivieren ist dazu ausgebildet, das Donatormaterial in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht zu aktivieren, um ein n-dotiertes Basisgebiet zu erhalten. Die Einrichtung 1204 zum Aktivieren ist alternativ oder ergänzend dazu ausgebildet, das Akzeptormaterial in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht zu aktivieren, um ein p-dotiertes Emittergebiet zu erhalten. Die Einrichtung 1206 zum Kontaktieren ist dazu ausgebildet, das Basisgebiet mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss zu kontaktieren und ist dazu ausgebildet, das Emittergebiet mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss zu kontaktieren.
  • Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
  • Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
  • 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
    • DE 102011077450 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Verfahren (300) zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle (100), wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist: Beschichten (302) eines Grundmaterials (400) der Fotovoltaikzelle (100) mit einer Schicht (600), die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist; Aktivieren (304) des Donatormaterials in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht (600), um ein n-dotiertes Basisgebiet (700) zu erhalten und/oder Aktivieren des Akzeptormaterials in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht (600), um ein p-dotiertes Emittergebiet (800) zu erhalten; und Kontaktieren (306) des Basisgebiets (700) mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss (1000) und des Emittergebiets (800) mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss (1002).
  2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (302) des Beschichtens die Schicht (600) bei einer Temperatur aufgebracht wird, die geringer ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials und eine Temperatur zum Aktivieren des Akzeptormaterials.
  3. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt (302) des Beschichtens die Schicht (600) bei einer Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials auf das Grundmaterial (400) aufgebracht wird, um das ndotierte Basisgebiet (700) zu erhalten.
  4. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (304) des Aktivierens, das Akzeptormaterial in der zweiten Teilfläche bei einer Temperatur aktiviert wird, die höher ist, als eine Temperatur zum Aktivieren des Donatormaterials, um das p-dotierte Emittergebiet (800) zu erhalten.
  5. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (302) des Beschichtens die Schicht (600) mit einer um einen Faktor höheren Konzentration des Akzeptormaterials auf das Grundmaterial (400) aufgebracht wird, als eine Konzentration des Donatormaterials.
  6. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (304) des Aktivierens die Schicht (600) unter Verwendung von Laserenergie (702) aktiviert wird, um das Donatormaterial und/oder das Akzeptormaterial zu aktivieren.
  7. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (304) des Aktivierens in der Schicht (600) zwischen dem Basisgebiet (700) und dem Emittergebiet (800) ein elektrisch isolierendes Isolatorgebiet (802) vom Aktivieren ausgenommen wird.
  8. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (306) des Kontaktierens der elektrisch leitfähige Basisanschluss (1000) und der elektrisch leitfähige Emitteranschluss (1002) als eine durchgängige elektrisch leitfähige Schicht abgeschieden werden, wobei der Basisanschluss (1000) und der Emitteranschluss (1002) nachträglich elektrisch voneinander isoliert werden.
  9. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (306) des Kontaktierens der Basisanschluss (1000) und der Emitteranschluss (1002) und/oder das Basisgebiet (700) und das Emittergebiet (800) durch ein Entfernen von Material elektrisch voneinander isoliert werden.
  10. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (302) des Beschichtens eine Pufferschicht (500) aus einem Halbleitermaterial zwischen der Schicht (600) und dem Grundmaterial (400) angeordnet wird und/oder bei dem im Schritt (306) des Kontaktierens eine Pufferschicht (900) aus einem Halbleitermaterial zwischen dem Basisanschluss (1000) und dem Basisgebiet (700) und zwischen dem Emitteranschluss (1002) und dem Emittergebiet (800) angeordnet wird.
  11. Vorrichtung (1200) zum Herstellen einer Fotovoltaikzelle (100), wobei die Vorrichtung (1200) die folgenden Merkmale aufweist: eine Einrichtung (1202) zum Beschichten eines Grundmaterials (400) der Fotovoltaikzelle (100) mit einer Schicht (600), die ein Halbleitermaterial, ein Donatormaterial und ein Akzeptormaterial aufweist; eine Einrichtung (1204) zum Aktivieren des Donatormaterials in zumindest einer ersten Teilfläche der Schicht (600), um ein n-dotiertes Basisgebiet (700) zu erhalten und/oder zum Aktivieren des Akzeptormaterials in zumindest einer zweiten Teilfläche der Schicht (600), um ein p-dotiertes Emittergebiet (800) zu erhalten; und eine Einrichtung (1206) zum Kontaktieren des Basisgebiets (700) mit einem elektrisch leitfähigen Basisanschluss (1000) und des Emittergebiets (800) mit einem elektrisch leitfähigen Emitteranschluss (1002).
  12. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wenn das Programmprodukt auf einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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DE102011077450A1 (de) 2011-06-14 2012-12-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer kristallinen Solarzelle

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