DE102013219565A1

DE102013219565A1 - Photovoltaische Solarzelle und Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle

Info

Publication number: DE102013219565A1
Application number: DE201310219565
Authority: DE
Inventors: Martin Hermle; Christian Reichel; Frank Feldmann; Jan Benick; Stefan Glunz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN104518043A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle, umfassend ein Siliziumsubstrat mit einer auf einer Rückseite des Siliziumsubstrates mittelbar oder unmittelbar angeordneten Tunnelschicht und einer auf der Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar angeordneten Siliziumschicht, welche Siliziumschicht eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Siliziumschicht zwischen den p-dotierten und n-dotierten Bereichen jeweils ein undotierter Bereich angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5.
Solche photovoltaischen Solarzellen umfassen ein Siliziumsubstrat mit einer auf einer Rückseite des Siliziumsubstrats mittelbar oder unmittelbar angeordneten Tunnelschicht und einer auf der Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar angeordneten Siliziumschicht. Die Siliziumschicht weist eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche auf. Die Siliziumschicht kann hierbei weitere Stoffe aufweisen, beispielsweise als SiC-Schicht, SiO-Schicht oder SiN-Schicht ausgebildet sein.
Photovoltaische Rückseitenkontaktzellen sind an sich bekannt und weisen beide Kantaktierungspolaritäten auf der bei Benutzung dem Lichteinfall abgewandten Rückseite der Solarzelle auf, sodass eine einfachere Verschaltung im Modul möglich ist und insbesondere an der Vorderseite es nicht notwendig ist, metallische Kontaktierungsstrukturen anzuordnen, sodass Abschattungsverluste durch solche metallischen Kontaktierungsstrukturen vermieden werden, da die metallischen Kontaktierungsstrukturen beider Polaritäten auf der Rückseite angeordnet werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft hierbei eine spezielle Ausgestaltung solch einer Rückseitenkontaktzelle, bei welcher auf dem Siliziumsubstrat eine Tunnelschicht und auf der Tunnelschicht eine Siliziumschicht mit den alternierend, das heißt abwechselnd, angeordneten p- und n-dotierten Bereichen aufgebracht ist.
Derartige rückseitenkontaktierte photovoltaische Silizium-Solarzellen besitzen ein sehr hohes Wirkungsgradpotenzial, da sie wie zuvor beschrieben keine Abschattung auf der dem Lichteinfall zugewandten Vorderseite aufgrund metallischer Kontaktstrukturen aufweisen und rückseitig die Metallisierung unabhängig von optischen Einschränkungen optimiert werden kann. Bei vorbekannten rückseitenkontaktierten Silizium-Solarzellen mit in einem Siliziumsubstrat eindiffundierten Emittern ist die Ladungsträgerrekombination in diesem hochdotierten Bereich, insbesondere an den Bereichen welche mit Metallkontakten versehen sind, jedoch dominierend, sodass ein dotierter Emitter oder ein sogenanntes BSF, das heißt eine Hochdotierung des Basis-Dotierungstyps eine Limitierung der Offenklemmspannung der Solarzelle darstellt.
Es ist daher bekannt, den Wirkungsgrad dadurch zu erhöhen, dass zwar Emitter und BSF an der Rückseite der Solarzelle angeordnet sind, jedoch durch eine dünne dielektrische Tunnelschicht von dem Substrat abgetrennt sind; Es ergibt sich somit ein sogenannter Hetero-Übergang. Hierdurch wird eine Dunkelsättigungsstromdichte verringert und es können somit vergleichsweise höhere Offenklemmspannungen erzielt werden. Eine solche Solarzelle ist beispielsweise in US 7,468,485 B1 beschrieben.
Zur Herstellung solch einer Solarzelle ist es aus der vorgenannten Schrift und ebenso aus US 2009/0308438 A1 sowie aus US 2010/0139764 A1 bekannt, auf die vorgenannte dielektrische Tunnelschicht eine polykristalline Siliziumschicht aufzubringen, anschließend die polykristalline Siliziumschicht zu strukturieren und nacheinander p- und n-Dotierstoffquellen aufzubringen. Weiterhin sind Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzellenstruktur aus WO 2012/039831 A1 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photovoltaische Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle zur Verfügung zu stellen, sodass das Verhältnis Wirkungsgrad der Solarzelle zu Herstellungskosten verbessert wird, indem der Wirkungsgrad erhöht und/oder die Herstellungskosten verringert werden.
Gelöst ist eine solche Aufgabe durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 5. Vorzugsweise Ausführungsformen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 4, vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 6 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung eingezogen.
Die erfindungsgemäße Solarzelle wird vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle bzw. einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle umfasst ein Siliziumsubstrat mit einer auf einer Rückseite des Siliziumsubstrats mittelbar oder bevorzugt unmittelbar angeordneten Tunnelschicht und einer auf der Tunnelschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar angeordneten Siliziumschicht, welche Siliziumschicht eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche aufweist.
Hinsichtlich dieses Grundaufbaus entspricht die erfindungsgemäße Solarzelle somit den zuvor beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Solarzellenstrukturen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Solarzelle weitere übliche Elemente, wie beispielsweise metallische Kontaktierungsstrukturen zur elektrischen Kontaktierung einerseits der p-dotierten Bereiche und andererseits der n-dotierten Bereiche aufweist und/oder weitere Schichten und/oder Strukturierungen zur Erhöhung des Wirkungsgrades, insbesondere zur elektrischen Passivierung von Oberflächen, das heißt Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten und/oder Erhöhung des Lichteinfalls oder der Lichtabsorption.
Wesentlich ist, dass in der Siliziumschicht zwischen den p-dotierten und n-dotierten Bereichen jeweils ein undotierter Bereich angeordnet ist.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis des Anmelders begründet, dass ein erheblicher Verlustfaktor, der zu einer Wirkungsgradverringerung führen kann, an der Grenzfläche zwischen p- und n-dotierten Bereichen auftritt: An dieser Grenzfläche führen insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren zu einer erhöhten Rekombination, in der sich an diesen Grenzflächen ausbildenden Raumladungszone.
Die erfindungsgemäße Solarzelle bietet nun erstmals eine Salarzellenstruktur, die gleichzeitig eine kostengünstige Herstellung und dennoch eine Vermeidung der vorgenannten Verluste ermöglicht: Durch das Verwenden einer durchgängigen Siliziumschicht, welche zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich jeweils einen zwischengeordneten undatierten Bereich aufweist, wird somit die Ausbildung der vorgenannten Raumladungszone in einfacher und kostengünstiger Weise vermieden und hierdurch der Wirkungsgrad der Solarzelle ohne eine wesentliche Erhöhung der Prozessierungskosten im Vergleich zu vorbekannten Verfahren bzw. im Vergleich zu Verfahren mit einer Reduzierung von Prozessierungskosten erzielt.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in der überraschenden Erkenntnis begründet, dass durch die zwischengeschalteten undatierten Bereiche der Siliziumschicht einerseits wirksam das Ausbilden einer solchen Raumladungszone, die zu erhöhten Rekombinationsverlusten führt, unterbunden werden kann und andererseits kein oder nur ein unwesentlicher Wirkungsgradverlust durch die teilweise Anordnung der undatierten Bereiche in der Siliziumschicht entsteht. Die vollständige mittelbare oder bevorzugt unmittelbare Bedeckung der Tunnelschicht durch einen p- oder n-dotierten Bereich ist nach den Erkenntnissen des Anmelders hinsichtlich des Wirkungsgrades weniger relevant als die Unterbindung oder zumindest Verringerung der vorgenannten Verluste durch Zwischenschaltung der undatierten Bereiche jeweils zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Bereich der Siliziumschicht.
Die erfindungsgemäße Solarzelle erfüllt nun erstmals die Anforderungen, dass eine rückseitenkontaktierte Silizium-Solarzelle eine hohe Offenklemmspannung ermöglicht und gleichzeitig im Vergleich zu vorbekannten Verfahren kostengünstig herstellbar ist. Diese Anforderungen konnten – trotz des großen Bedarfs an einer solchen Solarzellenstruktur für die industrielle Herstellung – mit den vorbekannten Strukturen und hierfür notwendigen Herstellungsverfahren nicht gedeckt werden.
Zur Ausbildung eines effizienten Hetero-Übergangs wird bevorzugt die Tunnelschicht unmittelbar auf das Siliziumsubstrat und/oder die Siliziumschicht unmittelbar auf die Tunnelschicht, bevorzugt sowohl die Tunnelschicht unmittelbar auf das Siliziumsubstrat als auch die Siliziumschicht unmittelbar auf die Tunnelschicht, angeordnet.
Bevorzugt weist lateral, das heißt in einer Richtung parallel zur Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle, jeder undotierte Bereich eine Breite im Bereich von 10 μm bis 1000 μm bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 500 μm auf. Die p- und n-dotierten Bereiche weisen bevorzugt eine Breite im Bereich von 10 μm bis 1000 μm, insbesondere im Bereich 50 μm bis 500 μm auf.
Vorzugsweise ist auf der Siliziumschicht eine metallische Kontaktierungsschicht angeordnet, welche Kontaktierungsschicht mit den p-dotierten Bereichen und den n-dotierten Bereichen elektrisch leitend verbunden und an den undotierten Bereichen unterbrochen ausgebildet ist.
Die Kontaktierungsschicht kann als Mehrschichtsystem ausgebildet sein und umfasst vorzugsweise eine oder mehrere Schichten aus einem oder mehreren der folgenden Materialien: Ni, Ti, Cu, Al, Ag oder Legierungen hiervon wie Beispielweise AlSi, TiN.
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist weiterhin den Vorteil auf, dass an den undotierten Bereichen der Siliziumschicht keine Kontaktbildung erfolgt. Es kann somit in einfacher und kostengünstiger Weise eine elektrische Kontaktierung einerseits der p-dotierten Bereiche und andererseits der n-dotierten Bereiche durch das Aufbringen einer Metallschicht, die jeweils im Oberflächenbereich der undotierten Bereiche unterbrochen ist, erfolgen. Auf diese Weise werden die p- und n-dotierten Bereiche vollständig von der Metallschicht überdeckt, ohne dass – wie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Solarzellenstrukturen – die Gefahr eines Shunts, insbesondere eines Kurzschlusses, durch eine fehlerhafte Verbindung einer metallischen Kontaktierung mit einem entgegengesetzt dotierten Bereich der Siliziumschicht riskiert wird.
Die erfindungsgemäße Solarzelle ermöglicht somit auch hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung der p- und der n-dotierten Bereiche mittels einer Metallschicht eine Prozessvereinfachung und damit Kosteneinsparung, wobei gleichzeitig das Risiko von Wirkungsgrad minimierenden Shunts unterbunden oder zumindest verringert wird.
Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass die metallische Kontaktierungsschicht mittelbar oder unmittelbar auf die Siliziumschicht angeordnet ist. Aufgrund der vorgenannten „automatischen” Trennung aufgrund der fehlenden Kontaktbildung zwischen metallischer Kontaktierungsschicht und den undotierten Bereichen der Siliziumschicht kann insbesondere hinsichtlich eines kostensparenden Herstellungsprozesses bevorzugt die metallische Kontaktierungsschicht unmittelbar auf die Siliziumschicht aufgebracht werden.
Ebenso liegt die Zwischenschaltung einer oder weiterer Schichten zwischen metallischer Kontaktierungsschicht und Siliziumschicht im Rahmen der Erfindung, beispielsweise um die optische Güte, insbesondere die Reflexionseigenschaften der Rückseite der Solarzelle zu verbessern. Bevorzugt durchgreift die metallische Kontaktierungsschicht lokal die vorgenannten zwischengeschalteten Schichten, um den elektrischen Kontakt zu den darunter liegenden n-dotierten Bereichen bzw. p-dotierten Bereichen herzustellen. Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es im Gegensatz zu den vorbekannten Solarzellenstrukturen jedoch nicht notwendig, dass eine oder gegebenenfalls mehrere zwischengeschaltete Schichten eine hohe Sicherheit hinsichtlich der elektrischen Isolierung gewährleisten: Bei den vorbekannten Solarzellenstrukturen besteht stets die Gefahr, dass eine über die Begrenzung des zugeordneten Dotierungsbereichs hinausragende Metallisierung, beispielsweise durch sogenanntes „Spiking” durch die zwischengelagerte Schicht hindurch den entgegengesetzt dotierten Bereich ebenfalls kontaktiert und es somit zu den vorgenannten Shunts und damit Wirkungsgradverlusten kommt.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzellenstruktur hingegen ist durch die zwischengeschalteten undotierten Bereiche ein „Puffer” gegeben, in welchem, wie zuvor beschrieben, die metallische Kontaktierungsschicht keinen elektrischen Kontakt ausbildet, sodass selbst in Bereichen, in denen die metallische Kontaktierungsschicht über den zugeordneten dotierten Bereich hinausragt, keinerlei Wirkungsgradverluste entstehen, da in solch einem hinausragenden Bereich die metallische Kontaktierungsschicht lediglich einen undotierten Bereich überdeckt, in welchem sich kein elektrischer Kontakt ausbildet. In der vorzugsweisen Ausführungsform mit einer oder mehrerer zwischengeschalteten Schichten zwischen Siliziumsubstrat und metallischer Kontaktierungsschicht kann somit eine Optimierung hinsichtlich anderer Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer Verbesserung der optischen Güte erfolgen, ohne dass Rücksicht auf eine Ausgestaltung dieser Schicht zum Unterbinden eines Spiking genommen werden muss.
in einer vorzugsweisen Ausführungsform ist daher zwischen Siliziumschicht und Kontaktierungsschicht zumindest eine dielektrische Schicht mit einem Brechungsindex im Bereich 1 bis 3 zumindest im Wellenlängenbereich 800 nm bis 1200 nm angeordnet, sodass die optische Güte der Rückseite der Solarzelle und damit die Lichtabsorption in der Solarzelle und letztendlich der Wirkungsgrad erhöht wird. Insbesondere ist es hierfür vorteilhaft, dass die dielektrische Schicht die Silizium ganzflächig bedeckt und lediglich lokal von der metallische Kontaktierungsschicht zur Kontaktierung der n-dotierten und p-dotierten Bereiche durchgriffen wird.
Die Siliziumschicht kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Insbesondere liegt die Ausbildung der Siliziumschicht als polykristalline, mikromorphe oder amorphe Siliziumschicht im Rahmen der Erfindung. Vorzugsweise ist die Siliziumschicht als polykristalline Si-Schicht ausgebildet. Denn hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass diese eine deutlich höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt das Aufbringen einer Tunnelschicht mit mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf eine Rückseite eines Siliziumsubstrats.
In einem Verfahrensschritt B erfolgt das Aufbringen einer undotierten Siliziumschicht mittelbar oder unmittelbar auf die Tunnelschicht.
In einem Verfahrensschritt C erzeugt ein Erzeugen einer Mehrzahl alternierend p- und n-dotierter Bereiche in der Siliziumschicht, in einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Erhitzen der Solarzelle zur Aktivierung der Dotierung und Auskristallisation.
Wesentlich ist, dass im Verfahrensschritt C die p- und n-dotierten Bereiche jeweils beabstandet voneinander erzeugt werden, sodass zwischen benachbarten p- und n-dotierten Bereiche jeweils ein nichtdotierter Bereich der Siliziumschicht verbleibt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einfacher und kostengünstiger Weise eine Solarzelle hergestellt, die die zuvor genannten Vorteile aufweist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, in Verfahrensschritt C die n- und p-dotierten Bereiche mittels Ionen-Implantation, insbesondere gerichteter Ionen-Implantation zu erzeugen. Hierdurch kann in kostengünstiger Weise ohne ein aufwendiges Aufbringen etwaiger Dotierstoff enthaltender Schichten als Dotierstoffquellen, mittels der Ionen-Implantation, die gewünschte Struktur von p- und n-dotierten Bereichen und zwischengeschalteten undotierten Bereichen erzeugt werden.
Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung ist hierbei möglich, indem die p- und/oder n-dotierten Bereiche, bevorzugt sowohl p- als auch n-dotierten Bereiche, mittels einer Schattenmaske erzeugt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die p- und/oder n-dotierten Bereiche mittels einer Lackmaske erzeugt. Hierzu wird die Lackmaske jeweils in den Bereichen aufgebracht, in denen keine Dotierung erfolgen soll. Beispielsweise kann zunächst eine Lackmaske aufgebracht werden, die lediglich die p-dotierten Bereiche ausspart und anschließend erfolgt eine entsprechende Dotierung mittels Ionen-Implantation, wobei die Lackmaske als Barriere für die Ionen dient. Entsprechend wird die Lackmaske anschließend entfernt. Es erfolgt ein Anbringen einer weiteren Lackmaske, welche die zu erzeugenden n-dotierten Bereiche ausspart.
Insbesondere kostensparend ist hierbei das Aufbringen der Pasten mittels Siebdruck oder in einem Inkjet-Verfahren in an sich bekannter Weise.
Bevorzugt wird nach Verfahrensschritt D in einem Verfahrensschritt E auf die Siliziumschicht unmittelbar eine metallische Kontaktierungsschicht aufgebracht. Hierdurch ergibt sich ein kostengünstiges Verfahren, wobei – wie zuvor beschrieben – keine Gefahr des Ausbildens eines Shunts besteht, da die metallische Kontaktierungsschicht zu der undotierten Siliziumschicht keinen elektrischen Kontakt ausbildet. Zur separaten Kontaktierung der p-dotierten Bereiche und der n-dotierten Bereiche andererseits ist die metallische Kontaktierungsschicht wie zuvor beschrieben an den undotierten Bereichen unterbrochen ausgebildet.
Vorzugsweise wird nach Verfahrensschritt D in einem Verfahrensschrat E' eine dielektrische Schicht auf die Siliziumschicht aufgebracht und in einem Verfahrensschritt E'' wird eine metallische Kontaktierungsschicht auf die dielektrische Schicht aufgebracht. Hierdurch kann, wie zuvor beschrieben, insbesondere die optische Güte der Rückseite der Solarzelle erhöht werden. Vorzugsweise ist daher die dielektrische Schicht auf die Siliziumschicht vollständig deckend aufgebracht und die Kontaktierungsschicht wird derart aufgebracht, dass sie lediglich lokal die dielektrische Schicht durchgreift, um einen elektrischen Kontakt zu dem jeweils zugeordneten p- oder n-dotierten Bereich auszubilden. Die lokale Öffnung der dielektrischen Schicht kann mittels bekannter Verfahren wie Laserablation oder lokalem Aufbringen von Ätzpasten erfolgen.
Zur Erhöhung der optischen Güte wird die vorgenannte dielektrische Schicht bevorzugt mit einem Brechungsindex im Bereich 1 bis 3 zumindest im Wellenlängenbereich 800 nm bis 1200 nm ausgebildet.
Die Dicke der vorgenannten dielektrischen Schicht liegt bevorzugt im Bereich 50 nm bis 1000 nm, insbesondere bevorzugt m Bereich 70 nm bis 400 nm.
Zwischen Verfahrensschritt E' und E'' wird bevorzugt die dielektrische Schicht an jedem p- und jedem n-dotierten Bereich jeweils lokal geöffnet, um bei Durchgreifen der metallischen Kontaktierungsschicht eine elektrische Kontaktierung der jeweils zugeordneten dotierten Bereiche mit hoher Güte zu ermöglichen.
Zum Ausbilden der an den undotierten Bereichen unterbrochenen metallischen Kontaktierungsschicht ist es zum Erzielen eines kostengünstigen und unaufwendigen Herstellungsverfahrens vorteilhaft, dass die Kontaktierungsschicht an jedem zwischen einem p- und einem n-dotierten Bereich liegenden nicht dotierten Bereich entfernt wird. Dies kann wiederum durch bekannte Verfahren wie Laserablation oder durch lokales aufbringen von Ätzmedien geschehen.
Der Begriff Siliziumschicht bezeichnet wie eingangs erwähnt ein siliziumhaltige Schicht, welche auch weitere Stoffe wie beispielsweise C, N, O aufweisen kann. Vorzugsweise weist die Siliziumschicht einen Siliziumanteil von mindestens 50%, weiter bevorzugt mindestens 70%, insbesondere mindestens 80% auf.
Bevorzugt ist die Siliziumschicht als kohlenstoffhaltige SiC-Schicht ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verwendung einer kohlenstoffhaltigen SiC-Schicht zum einen die Bandlücke und damit auch die optischen Eigenschaften verändert werden können. Des Weiten ist bekannt, dass SiC als Barriere für Kupfermigration geeignet ist und eine Oxidation der Schicht beim Einfahren in den Hochtemperaturschritt unterdrückt wird.
Bevorzugt ist die metallische Kontaktierungsschicht Kupfer enthaltend, insbesondere bevorzugt als Kupferschicht ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Leitfähigkeit von Kupfer im Bereich deren von Silber liegt, jedoch deutlich günstiger ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, mehrere, insbesondere zwei separate metallische Kontaktierungsstrukturen an der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle anzuordnen, sodass – wie bei vorbekannten Rückseiten-Kontaktstellen üblich – eine metallische Kontaktierungsstruktur die p-dotierten Bereiche und die andere metallische Kontaktierungsstruktur die n-dotierten Bereiche elektrisch kontaktiert und die beiden metallischen Kontaktierungsstrukturen entsprechend mit einem externen Stromkreis oder benachbarten Solarzellen in einer Modulverschaltung elektrisch verbunden werden können.
Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die metallische Kontaktierungsstruktur für die p-dotierten Bereiche in einem separaten Verfahrensschritt zu dem Aufbringen der metallischen Kontaktierungsstruktur für die n-dotierten Bereiche aufgebracht wird und/oder dass für die zuerst genannte Kontaktierungsstruktur ein unterschiedliches Metall gegenüber der zweitgenannten Kontaktierungsstruktur verwendet wird. Zur Kontaktierung der p-dotierten Bereiche kann insbesondere eines oder mehrere der Metalle und/oder Legierungen Ni, Al, Ag, AlSi, Ti, Pd verwendet werden. Zur Kontaktierung der n-dotierten Bereiche kann insbesondere eines oder mehrere der Metalle und/oder Legierungen Ni, Al, Ag, AlSi, Ti, Cr verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wie zuvor ausgeführt, eine metallische Kontaktierungsschicht anzuordnen, welche mit den p-dotierten Bereichen und den n-dotierten Bereichen elektrisch leitend verbunden und an den undotierten Bereichen unterbrochen ausgebildet ist. Auch hier wird somit eine metallische Kontaktierungsstruktur für die p-dotierten Bereiche ausgebildet, welche aufgrund der Unterbrechung an den undotierten Bereichen elektrisch isoliert zu der metallischen Kontaktierungsstruktur der n-dotierten Bereiche ausgebildet ist. Durch die Herstellung dieser beiden metallischen Kontaktierungsstrukturen ausgehend von einer metallischen Kontaktierungsschicht ist jedoch ein besonders einfacher und kostengünstiger Herstellungsprozess gegeben. In dieser vorzugsweisen Ausführungsform werden entsprechend p- und n-dotierte Bereiche mit der gleichen Metallschicht kontaktiert. Zur Kontaktierung beider Dotiertypen wird vorzugsweise eins der Metalle Al, AlSi, Ni verwendet.
Siliziumsubstrat ist vorzugsweise als Siliziumwafer ausgeführt, insbesondere bevorzugt als monokristalliner Siliziumwafer. Ebenso liegt die Ausführung des Siliziumsubstrats als multikristalliner Siliziumwafer im Rahmen der Erfindung.
Die Dicke des Siliziumsubstrats liegt bevorzugt im Bereich 10 μm bis 300 μm Die Dicke der Tunnelschicht liegt bevorzugt im Bereich 0.05 nm bis 3 nm.
Die p- oder n-dotierten Bereiche sind bevorzugt als langgestreckte, parallel verlaufende Bereiche ausgebildet, die sich in etwa über die gesamte Breite des Siliziumwafers erstrecken. Entsprechend sind auch die zwischengeordneten undotierten Bereiche vorzugsweise als langgestreckte, sich parallel zu den p- und n-dotierten Bereiche erstreckende Bereiche ausgebildet. Ebenso liegt die Ausbildung von sogenannten Punktdotierungen im Rahmen der Erfindung.
Die Tunnelschicht ist vorzugsweise als SiO₂ ausgebildet.
Vorzugsweise werden die n-dotierten Bereiche mittels Ionen-Implantation unter Verwendung von Phosphor und die p-dotierten Bereiche mittels Ionen-Implantation unter Verwendung von Bor erzeugt.
Das Siliziumsubstrat weist vorzugsweise eine Basisdotierung eines Basisdotierungstyps im Bereich von 10¹⁰–10¹⁸ cm^–3 auf. Vorzugsweise ist die Basis n-dotiert und entsprechend sind entgegengesetzt dotierte, das heißt p-dotierte Bereiche der Siliziumschicht Emitterbereiche des Dotierungstyps. Ebenso liegt die umgekehrte Wahl der Dotierungstypen im Rahmen der Erfindung, das heißt das Ausbilden der Solarzelle mit einer p-Dotierung als Basisdotierungstyp und einer n-Dotierung als Emitter-Dotierungstyp.
Die Bereiche der Siliziumschicht, welche den Basisdotierungstyp aufweisen, sind bevorzugt mit einer Dotierung im Bereich 10¹⁸ cm^–1 bis 10²¹ cm^–3 ausgebildet. Die Bereiche der Siliziumschicht, welche den Emitterdotierungstyp aufweisen, sind bevorzugt mit einer Dotierung im Bereich 10¹⁸ cm^–3 bis 10²¹ cm^–3 ausgebildet.
Weitere vorzugsweisen Merkmale und Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert.
Dabei zeigen die 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle, wobei die 5a und 5b Alternativen zur Ausbildung von metallischen Kontaktierungsstrukturen darstellen. Entsprechend zeigen die 5a und 5b jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle.
In den Figuren sind jeweils schematische Schnittdarstellungen dargestellt, wobei zur besseren Übersicht Teilausschnitte dargestellt sind, das heißt die Solarzelle bzw. deren Vorstufe setzt sich nach rechts und links jeweils analog fort. in den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß 1 auf ein Siliziumsubstrat 1 eine Tunnelschicht 2 aufgebracht. Das Siliziumsubstrat 1 ist als monokristalliner Siliziumwafer ausgebildet. Die Tunnelschicht 2 weist eine Dicke im Bereich 5 Angström bis 30 Angström, bevorzugt 10 Angstrom auf. Sie ist als Siliziumdioxidschicht ausgebildet. Ebenso kann die Tunnelschicht als ein andersartiges Oxid ausgebildet sein.
Die Tunnelschicht wird mittels nasschemischen Aufwachsen aufgebracht. Ebenso kann die Tunnelschicht mittels RTO (Rapid Thermal Oxidation) oder ALD (Atomic Layer Deposition) abgeschieden werden.
1 zeigt somit den Zustand nach Durchführen eines Verfahrensschrittes A, in welchem die Tunnelschicht unmittelbar auf die (in den 1 bis 5 oben liegend dargestellte) Rückseite des Siliziumsubstrates 1 aufgebracht wurde.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 2 wird eine undotierte Siliziumschicht 3 aufgebracht. Die Siliziumschicht 3 kann als mikromorphe, amorphe oder polykristalline Siliziumschicht ausgebildet sein.
Die Dicke der Siliziumschicht liegt zwischen 10 nm und 1000 nm, bevorzugt bei etwa 30 nm Die Siliziumschicht wird mittels PECVD aufgebracht. Ebenso liegt das Aufbringen der Siliziumschicht 3 mittels LPCVD (low pressure chemical vapour deposition) oder APCVD (atmospheric pressure chemical vapour deposition) oder Sputtern im Rahmen der Erfindung.
2 zeigt somit den Zustand nach Durchführen eines Verfahrensschrittes B, im welchen die undotierte Siliziumschicht 3 unmittelbar auf die Tunnelschicht 2 aufgebracht wird.
Um die Dotiereffizienz eines nachfolgenden Implantationsschrittes zu erhöhen, wird die polykristalline Siliziumschicht 3 bevorzugt mit großen Körnern ausgebildet. Die Körner der polykristallinen Siliziumschicht 3 weisen bevorzugt im Mittel einen Durchmesser größer 1 μm, bevorzugt größer 5 μm auf. Die Ausbildung einer polykristallinen Siliziumschlcht mit solchen Korngrößen ist an sich bekannt und beispielsweise im US 2010/0139764 A1 , insbesondere Absatz [0023] beschrieben.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 3 erfolgt ein lokales Dotieren der zuvor undotierten polykristallinen Siliziumschicht 3 mit einer Dotierung eines Emitter-Dotierungstyp. Der Emitter-Dotierungstyp ist zu dem Basis-Dotierungstyp entgegengesetzt. Vorliegend ist das Siliziumsubstrat 1 n-dotiert. Die Basisdotierung ist somit eine n-Dotierung und entsprechend die Emitterdotierung eine p-Dotierung. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, umgekehrte Dotierungstypen zu wählen, das heißt eine p-dotierte Basis und einen n-dotierten Emitter.
In dem Verfahrensschritt gemäß 3 werden somit p-dotierte Bereiche ausgebildet, wobei beispielhaft ein p-dotierter Bereich 4 dargestellt ist. Hierzu wird eine Schattenmaske 5 verwendet, welche beabstandet zur Siliziumschicht 3 angeordnet ist. Die Pfeile in 3 zeigen schematisch den Ionenstrahl, welcher aufgrund der Schattenmaske nur in solchen Bereichen auf die Siliziumschicht 3 auftrifft, in welchen der n-dotierte Bereich 4 mittels Ionen-Implantation erzeugt werden soll. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle der Schattenmaske 5 eine Lackmaske auf die Siliziumschicht 3 aufzubringen, insbesondere bevorzugt mittels Siebdruck oder ein Inkjet-Verfahren.
Anschließend werden in einem Verfahrensschritt gemäß 4 n-dotierte Bereiche mittels Ionen-Implantation erzeugt. Zur besseren Darstellbarkeit sind in 4 lediglich zwei n-dotierte Bereiche 6 und 6' dargestellt.
Das Erzeugen der p-dotierten Bereiche erfolgt analog zu dem Vorgehen gemäß 3: Mittels einer Schattenmaske 5' wird die Siliziumschicht 3 hinsichtlich des Ionenstroms abgedeckt, wobei lediglich solche Bereiche ausgespart bleiben, in welchen p-dotierte Bereiche 6, 6' erzeugt werden sollen.
Die n-dotierten Bereiche weisen somit den Basis-Dotierungstyp auf, sind jedoch höher dotiert als die Basis: Die Dotierung der n-dotierten Bereiche liegt hier im Bereich 10¹⁸ cm^–3 bis 10²¹ cm^–3.
4 stellt somit den Zustand nach Abschluss eines Verfahrensschrittes C dar, in welchem eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche in der Siliziumschicht erzeugt wird.
Anschließend erfolgt (nicht dargestellt) in einem Verfahrensschritt D ein Erhitzen der Solarzelle. Hierdurch wird eine Aktivierung der Dotierung und Auskristallisation der polykristallinen Siliziumschicht 3 erzielt. Das Erhitzen stellt somit einen an sich bekannten Hochtemperaturschritt, bevorzugt mit Temperaturen im Bereich 600–1100°C dar. Der Hochtemperaturschritt wird mittels RTP (Rapid Thermal Processing) durchgeführt. Ebenso kann der Hochtemperaturschritt als Ofenprozess oder mittels eines Lasers durchgeführt werden. In diesem Hochtemperaturschritt kann der Dotierstoff innerhalb der Siliziumschicht 3 diffundieren, sodass die p-dotierten Bereiche 4 und die n-dotierten Bereiche 6, 6' voll-ständig mit Dotierstoff ausgefüllt sind. Wesentlich ist jedoch, dass zwischengelagert zwischen den n-dotierten Bereichen und den p-dotierten Bereichen sich jeweils ein undotierter Bereich 7, 7' befindet.
Bei dem Hochtemperaturschritt kann Dotierstoff geringfügig durch die Tunnelschicht 2 diffundieren, ohne dass hierdurch der Wirkungsgrad der Solarzelle merkbar verändert wird.
Das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der 1–4 weist insbesondere den Vorteil auf, dass der Flächenanteil zwischen Emitter (p-dotierte Bereiche 4) und BSF (Back Surface Field), das heißt n-dotierten Bereichen 6, 6', und den undotierten Bereichen 7 und 7' auf der Rückseite der Solarzelle, das heißt innerhalb der Siliziumschicht 3, frei wählbar Ist und in einfacher Weise durch die Ausgestaltung der Schattenmasken 5 und 5' vorgegeben wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trennen somit die undatierten Bereiche 7 und 7' jeweils die benachbarten hochdotierten Bereiche 4, 5, 5', sodass die Ladungsträger-Rekombination verringert wird.
Weiterhin bietet die ausgebildete Struktur mit den undotierten Bereichen 7, 7' einen weiteren wesentlichen Vorteil bei der nachfolgenden Metallisierung: Denn Silizium lässt sich nur dann elektrisch kontaktieren, wenn die Oberflächenkonzentration der Ladungsträger in Silizium einen Mindestwert überschreitet. Eine Metall-/Siliziumgrenzfläche zum undotierten Silizium führt zu einem sehr hohen Kontaktwiderstand und es kommt somit hinsichtlich einer praktischen Anwendung nicht zu einem elektrisch leitfähigen Kontakt. Wird somit beispielsweise die gesamte Rückseite der Siliziumschicht 3 mit einer Metallschicht bedampft, so bilden sich elektrisch leitfähige Kontakte nur in den hochdotierten p-dotierten Bereichen 4 und n-dotierten Bereichen 6 und 6', nicht jedoch in den undotierten Bereichen 7 und 7'.
Hinsichtlich der Metallisierung, das heißt dem Ausbilden von metallischen Kontaktierungsstrukturen zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Bereiche 4 einerseits und der n-dotierten Bereiche 6, 6' andererseits, können somit unterschiedliche Verfahrensschritte gewählt werden, wobei nachfolgend in den 5a und 5b zwei aus einer Mehrzahl von Alternativen beschrieben werden: Gemäß 5a wird zunächst eine dielektrische Schicht 8 mit einer Dicke im Bereich 10 nm bis 1000 nm, bevorzugt 70 nm bis 400 nm, vorliegend etwa 100 nm auf die Siliziumschicht 3 aufgebracht. Diese dielektrische Schicht 8 wird in den p-dotierten Bereichen 4 und der n-dotierten Bereiche 6 und 6' lokal geöffnet (z. B. mittels Laserablation oder lokalen Ätzprozessen).
Die dielektrische Schicht 8 erfüllt Insbesondere zwei Funktionen:
Wird die dielektrische Schicht 8 mit einem Brechungsindex 1–3 (zumindest im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1200 nm) ausgebildet, das heißt der Brechungsindex ist kleiner als der Brechungsindex des Siliziumsubstrates 1, sodass Photonen, die von der (in den Figuren unten dargestellten) Vorderseite in das Siliziumsubstrat eindringen, jedoch bei einem ersten Durchgang nicht absorbiert werden und somit über die Tunnelschicht 2 und die Siliziumschicht 3 zu der dielektrischen Schicht 8 gelangen, wieder zurück in das Siliziumsubstrat 1 reflektiert werden. Die dielektrische Schicht 8 wirkt somit als optischer Spiegel für solche Photonen, sodass die Absorptionswahrscheinlichkeit und damit der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht werden.
Sofern für die nachfolgende Metallisierung Kupfer verwendet wird, wird die dielektrische Schicht 8 zusätzlich als Diffusionsbarriere ausgebildet, sodass eine für den Wirkungsgrad nachteilige Diffusion von Kupfer in den Halbleiter bzw. in die undotierten Bereiche 7, 7' der Siliziumschicht 3 verhindert wird.
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung und Anordnung der undatierten und dotierten Bereichen in der Siliziumschicht 3 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch nicht notwendig, dass die dielektrische Schicht elektrisch passivierend ist, denn die Passvierung der Rückseite des Silizlumsubstrates 1 erfolgt mittels der Tunnelschicht 2. Weiterhin kann die dielektrische Schicht 8 kleine Unterbrechungen, sogenannte Pinholes, aufweisen, da wie zuvor beschrieben, die undotierten Bereiche 7 und 7' keinen elektrischen Kontakt zu einer Metallschicht ausbilden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher den Vorteil, da die vorgenannten Bedingungen der elektrischen Passivierung und des Vermeidens von Pinholes nicht erfüllt werden müssen, dass im Vergleich zu vorbekannten Verfahren eine größere Auswahl hinsichtlich der Ausgestaltung der dielektrischen Schicht 8 zur Verfügung steht. Insbesondere kann die dielektrische Schicht 8 aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Titanoxid, Magnesiumfluorid, Aluminumnitrid oder Aluminiumoxid ausgebildet werden. Aufgrund der geringeren Anforderungen steht auch eine breitere Auswahl an Verfahrensschritten bzw. Aufbringungsarten zum Erzeugen der dielektrischen Schicht 8 zur Verfügung.
Wie in 5a weiterhin dargestellt, wird nach Aufbringen der dielektrischen Schicht 8 und lokalem Öffnen dieser dielektrischen Schicht 8 eine metallische Kontaktierungsschicht 9, 9' z. B. mittels Aufdampfen aufgebracht. Anschließend wird die Kontaktierungsschicht 9, 9' lokal in Bereichen 10 wieder entfernt, sodass die Kontaktierungsschicht 9, 9' an den undotierten Bereichen 7, 7 unterbrochen ausgebildet ist. Das lokale Entfernen erfolgt mittels Laserablation oder lokalen Ätzprozessen. Ebenso kann die Kontaktierungsschicht 9, 9' lokal mittels eines an sich bekannten Lift-off-Prozesses entfernt werden.
Es ergibt sich somit eine erste metallische Kontaktierungsstruktur umfassend die Bereiche 9 der Kontaktierungsschicht, welche die n-dotierten Bereiche 6 elektrisch kontaktiert. Weiterhin entsteht eine zweite metallische Kontaktierungsstruktur umfassend die Bereiche 9' der Kontaktierungsschicht, welche die p-dotierten Bereiche 4 elektrisch kontaktiert, wobei die Kontaktierungsstrukturen jeweils an den Bereichen, an denen die dielektrische Schicht 8 entfernt wurde, die darunter legenden dotierten Bereiche berühren und elektrisch kontaktieren.
5a stellt somit den Zustand nach Durchführen eines Verfahrensschrittes E' dar, in welchem die dielektrische Schicht 8 auf die Siliziumschicht 3 aufgebracht wird und nach einem Verfahrensschritt E'', in welchem die metallische Kontaktierungsschicht 9, 9' auf die dielektrische Schicht 8 aufgebracht wird.
5b zeigt eine weitere Variante zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierungsstrukturen. Im Gegensatz zu 5a wird keine dielektrische Schicht aufgebracht, sondern lediglich eine Metallschicht 9, 9' ganzflächig abgeschieden und anschließend mittels Laserablation oder lokalen Ätzprozessen in den Bereichen 10 wieder entfernt. Es ergibt sich somit eine vergleichsweise kostengünstige Ausbildung metallischer Kontaktierungsstrukturen wie auch in 5a, mit der Ausnahme, dass zwischen Kontaktierungsschicht 9, 9' und Siliziumschicht 3 keine dielektrische Schicht zwischengelagert ist. Die Metallschicht wird mittels Aufdampfen aufgebracht. Insbesondere bei dieser Variante kommt der Vorteil zu tragen, dass in Überlappbereichen (zwei Überlappbereiche A und B sind exemplarisch in 5b eingezeichnet), in welchen die Metallschicht nach der Strukturierung über die dotierten Bereiche hinausgeht, kein elektrischer Kontakt zu der darunter liegenden undatierten Siliziumschicht 3 erfolgt. Eine Metallisierung gemäß 5b stellt somit eine besonders einfache und kosteneffiziente Herstellungsvariante dar. 5b zeigt somit den Zustand nach Durchführen eines Verfahrensschrittes E, in welchem auf die Siliziumschicht 3 unmittelbar eine metallische Kontaktierungsschicht 9, 9' aufgebracht wird, welche lokal an den Bereichen 10 entfernt wurde.
Sofern die Metallisierung in der Variante gemäß 5b erfolgt, ist es vorteilhaft, die polykristalline Siliziumschicht 3 nicht als reine Siliziumschicht, sondern beispielsweise als kohlenstoffhaltige SIC-Schicht auszubilden. Durch die Zugabe von beispielsweise Kohlenstoff lässt sich die Bandlücke der polykristallinen Siliziumschicht 3 vergrößern und somit auch deren Brechungsindex, zumindest im Wellenlängenbereich zwischen 800 nm und 1200 nm verringern, sodass ein effizienter optischer Spiegel ausgebildet wird mit den bereits vorgenannten Vorteilen. Weiterhin ist die Diffusion von Kupfer in SiC deutlich geringer als in Silizium, sodass eine Migration von Kupfer in die Raumladungszone des pn-Übergangs der Solarzelle verhindert werden kann.
Die Kontaktierungsschicht 9, 9' wird gemäß 5b zunächst vollflächig aufgebracht und anschließend strukturiert. Ebenso werden die dielektrische Schicht 8 und die Kontaktierungsschicht 9, 9 gemäß 5a zunächst vollflächig aufgebracht und anschließend jeweils strukturiert.
Die 58 und 5b zeigen somit jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle, welche wie zuvor beschrieben das Siliziumsubstrat 1 mit einer auf der (oben dargestellten) Rückseite des Siliziumsubstrates I unmittelbar angeordneten Tunnelschicht 2 und auf der Tunnelschicht 2 unmittelbar angeordneten Siliziumschicht 3. Die Siliziumschicht 3 weist eine Mehrzahl alternierend angeordneter n-(6, 6') und p-(4)dotierter Bereiche auf. Wesentlich ist, dass in der Siliziumschicht 3 zwischen den n-dotierten Bereichen (6, 6') und p-dotierten Bereichen (4) jeweils ein undotierter Bereich (7, 7') angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist vorzugsweise eine durchgehende Siliziumschicht 3 auf, das heißt bevorzugt eine sich im Wesentlichen über die gesamte Rückseite der Solarzelle erstreckende, ununterbrochene Siliziumschicht 3. Hierdurch wird die rückseitige Oberfläche des Siliziumsubstrates 9 durchgehend elektrisch passiviert (des heißt die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit ist gering) und gegenüber Verunreinigungen und anderer negativer Einwirkungen geschützt. Weiterhin ist von Vorteil, dass die Metallisierungen 9, 9' auf einer Ebene liegen und nicht etwa einen Stufenversatz zueinander aufweisen, sodass in solchen Stufen begründete Probleme bei Verschaltung der Solarzelle bzw. Verbinden mit einem externen Stromkreis oder benachbarter Solarzellen in einem Solarzellenmodul vermieden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7468485 B1 [0006]
US 2009/0308438 A1 [0007]
US 2010/0139764 A1 [0007, 0066]
WO 2012/039831 A1 [0007]

Claims

Photovoltaische Solarzelle, umfassend ein Siliziumsubstrat (1) mit einer auf einer Rückseite des Siliziumsubstrates mittelbar oder unmittelbar angeordneten Tunnelschicht und einer auf der Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar angeordneten Siliziumschicht (3), welche Siliziumschicht eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Siliziumschicht (3) zwischen den p-dotierten und n-dotierten Bereichen jeweils ein undotierter Bereich angeordnet ist.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Siliziumschicht (3) mittelbar oder unmittelbar eine metallische Kontaktierungsschicht (9, 9') angeordnet ist, welche Kontaktierungsschicht (9, 9') mit den p-dotierten Bereichen und den n-dotierten Bereichen elektrisch leitend verbunden und an den undotierten Bereichen unterbrochen ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Siliziumschicht und Kontaktierungsschicht (9, 9') zumindest eine dielektrische Schicht (8) mit einem Brechungsindex im Bereich 1 bis 3 zumindest im Wellenlängenbereich 800 nm bis 1200 nm angeordnet ist, vorzugsweise, dass die dielektrische Schicht (8) die Siliziumschicht ganzflächig mit Ausnahme von lokalen Kontaktierungsöffnungen bedeckt.
Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschicht eine polykristalline, mikromorphe oder amorphe Silizium enthaltende Schicht, insbesondere eine Siliziumcarbid Schicht ist.
Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle, insbesondere nach einem der vorangegangenen Anspreche, folgende Verfahrensschritte umfassend: A. Aufbringen einer Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar auf eine Rückseite eines Siliziumsubstrates; B. Aufbringen einer undotierten Siliziumschicht (3) mittelbar oder unmittelbar auf die Tunnelschicht (2); C. Erzeugen einer Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche in der Siliziumschicht; D. Zumindest lokales Erhitzen zumindest der Siliziumschicht (3) der Solarzelle; dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt C die p- und n-dotierten Bereiche jeweils beabstandet voneinander erzeugt werden, sodass zwischen benachbarten p- und n-dotierten Bereichen jeweils einen nicht dotierten Bereich der Siliziumschicht (3) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt C die n- und p-dotierten Bereiche mittels Ionen-Implantation erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die p- und/oder n-dotierten Bereiche mit einer Schattenmaske (5, 5') erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die p- und/oder n-dotierten Bereiche mit eines Maskierungsverfahrens erzeugt werden, insbesondere einer Lackmaske, vorzugsweise, dass die Lackmaske mittels Siebdruck oder einem Inkjet-Verfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt D in einem Verfahrensschritt E auf die Siliziumschicht (3) unmittelbar eine metallische Kontaktierungsschicht (9, 9') aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Verfahrensschritt D in einem Verfahrensschritt E eine dielektrische Schicht (8) auf die Siliziumschicht (3) aufgebracht wird und in einem Verfahrensschritt E'' eine metallische Kontaktierungsschicht (9, 9') auf die dielektrische Schicht (8) aufgebracht wird, vorzugsweise, dass die dielektrische Schicht (8) die Siliziumschicht (3) vollständig bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (8) mit einem Brechungsindex im Bereich 1 bis 3 zumindest im Wellenlängenbereich 800 nm bis 1200 nm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (8) mit einer Dicke im Bereich 10 nm bis 1000 nm, bevorzugt im Bereich 70 nm bis 400 nm ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verfahrensschritt E' und E'' die dielektrische Schicht (8) an jedem p- und jedem n-dotierten Bereich jeweils lokal geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktierungsschicht (9, 9') an jedem zwischen einem p- und einem n-dotierten Bereich liegenden nicht dotierten Bereich entfernt wird, vorzugsweise durch Ablatieren, insbesondere bevorzugt mittels eines Lasers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschicht (3) als kohlenstoffhaltige SiC-Schicht ausgebildet ist, insbesondere, dass die metallische Kontaktierungsschicht (9, 9') Kupfer enthaltend, bevorzugt als Kupferschicht ausgebildet ist.