DE102015107842B3 - Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit oxidierten Zwischenbereichen zwischen Poly-Silizium-Kontakten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit oxidierten Zwischenbereichen zwischen Poly-Silizium-Kontakten Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (1) beschrieben, aufweisend die Schritte: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrates (3); (b) Erzeugen einer Grenzflächen-Dielektrikumschicht (5) an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates (3); (c) Abscheiden einer Siliziumschicht (7) aus amorphem oder polykristallinem Silizium auf die Grenzflächen-Dielektrikumschicht (5), wobei die Siliziumschicht (7) lateral zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche (9) und n-Typ-dotierte Bereiche (11) aufweist; (d) lokal begrenztes Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) in Zwischenbereichen (19) zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen (9) und n-Typ-dotierten Bereichen (11); (e) Erzeugen von p-Kontakten (31), welche die p-Typ-dotierten Bereiche (9) der Siliziumschicht (7) kontaktieren, und n-Kontakten (33), welche die n-Typ-dotierten Bereiche (11) der Siliziumschicht (7) kontaktieren. Durch das lokal begrenzte Aufoxidieren können die benachbarten p-Typ-dotierten Bereiche (9) und n-Typ-dotierten Bereiche (11) elektrisch voneinander separiert werden und gleichzeitig eine gute Passivierung erreicht werden.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Solarzellen dienen zur photovoltaischen Umwandlung von Licht in elektrische Leistung. Eine Solarzelle wird auf Basis eines Halbleitersubstrats, beispielsweise eines Siliziumsubstrats, gefertigt. An oder in dem Halbleitersubstrat sind sowohl p-Typ-dotierte Bereiche als auch n-Typ-dotierte Bereiche vorgesehen, welche Basis- bzw. Emitterbereiche der Solarzelle bilden. In Regionen zwischen den Basis- und Emitterbereichen bildet sich ein elektrischer Potentialunterschied, beispielsweise in Form eines pn-Übergangs, aus, an dem durch absorbiertes Licht erzeugte Ladungsträgerpaare getrennt werden können.
  • Bei sogenannten Rückkontaktsolarzellen sind beide Kontakttypen, d. h. Basisbereiche kontaktierende Kontakte wie auch Emitterbereiche kontaktierende Kontakte, an einer im Einsatz der Sonne abgewandten Rückseite des Halbleitersubstrates angeordnet. Die Kontakte beider Kontakttypen sind somit lateral zueinander benachbart angeordnet und verlaufen an der Rückseite der Solarzelle meist in Form von beispielsweise kammartig ineinander verschachtelt angeordneter Kontaktstrukturen.
  • Es wurden Solarzellenkonzepte entwickelt, bei denen an der Rückseite eines Siliziumsubstrates sowohl p-Typ-dotierte Bereiche als auch n-Typ-dotierte Bereiche vorgesehen sind, die jeweils von einem zugehörigen Kontakt eines entsprechenden Kontakttyps elektrisch kontaktiert sind. Die p-Typ-dotierten Bereiche und die n-Typ-dotierten Bereiche sind hierbei als auf das Siliziumsubstrat aufgebrachte Schicht ausgebildet und bestehen aus polykristallinem Silizium (poly-Si) oder amorphem Silizium (a-Si). Das Siliziumsubstrat besteht meist aus monokristallinem oder multikristallinem Silizium. Zwischen den p-Typ-dotierten Bereichen bzw. den n-Typ-dotierten Bereichen und dem als Absorber dienenden Siliziumsubstrat ist meist eine sehr dünne Dielektrikumschicht beispielsweise aus Siliziumoxid vorgesehen. Bei Solarzellen dieses Konzeptes wurden sehr hohe Wirkungsgrade beobachtet, was auf eine besonders gute Passivierung der Oberflächen des Siliziumsubstrates und somit besonders geringe Rekombinationsverluste zurückgeführt wird.
  • Beispiele solcher Solarzellenkonzepte sind in US 7 812 250 B2 , US 2014/0 090 701 A1 und US 2012/0 322 199 A1 beschrieben. Weitere Beispiele ähnlicher Solarzellenkonzepte sind in EP 2 879 189 A2 und EP 2 797 124 A1 beschrieben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es kann ein Bedürfnis an einem alternativen Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, insbesondere einer Rückkontaktsolarzelle des eingangs beschriebenen Solarzellenkonzepts, bestehen, welches einfach handhabbar und industriell umsetzbar ist und/oder welches eine signifikante Reduzierung von Herstellungskosten bei einer Solarzellenfertigung zulässt und/oder gesteigerte Wirkungsgrade entsprechend hergestellter Solarzellen ermöglicht.
  • Ein derartiges Bedürfnis kann mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle beschrieben, das zumindest die nachfolgend angegebenen Verfahrensschritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge, aufweist. Zunächst wird ein Siliziumsubstrat bereitgestellt. An einer Oberfläche des Siliziumsubstrates wird eine Grenzflächen-Dielektrikumschicht beispielsweise in Form einer nur wenige Nanometer dicken Siliziumoxidschicht erzeugt. Auf die Grenzflächen-Dielektrikumschicht wird eine Siliziumschicht aus amorphem oder polykristallinem Silizium abgeschieden, wobei die Siliziumschicht lateral zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche und n-Typ-dotierte Bereiche aufweist. Die Siliziumschicht wird dann in Zwischenbereichen zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen und n-Typ-dotierten Bereichen lokal begrenzt aufoxidiert. Abschließend werden p-Kontakte, welche die p-Typ-dotierten Bereiche der Siliziumschicht kontaktieren, und n-Kontakte, welche die n-Typ-dotierten Bereiche der Siliziumschicht kontaktieren, erzeugt.
  • Gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Beispiel wird eine Solarzelle beschrieben, wie sie insbesondere mithilfe des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt hergestellt werden kann. Die Solarzelle weist ein Siliziumsubstrat, eine Grenzflächen-Dielektrikumschicht an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates, eine Siliziumschicht aus amorphem oder polykristallinem Silizium auf der Grenzflächen-Dielektrikumschicht sowie p-Kontakte und n-Kontakte auf. Die Siliziumschicht weist dabei lateral zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche und n-Typ-dotierte Bereiche auf und ist in Zwischenbereichen zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen und n-Typ-dotierten Bereichen über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert. Die p-Kontakte kontaktieren die p-Typ-dotierten Bereiche der Siliziumschicht und die n-Kontakte kontaktieren die n-Typ-dotierten Bereiche der Siliziumschicht.
  • Ohne hierdurch die Erfindung einzuschränken, können die Aspekte bzw. Ausführungsformen der Erfindung kurz zusammengefasst unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Erkenntnissen und Ideen beruhend angesehen werden.
  • Wie einleitend angemerkt, wurde erkannt, dass bei dem eingangs beschriebenen Solarzellenkonzept hohe Wirkungsgrade aufgrund einer guten Passivierung eines Siliziumsubstrats erreicht werden können. Allerdings wurde auch beobachtet, dass bei den p-Typ-dotierten Bereichen und den n-Typ-dotierten Bereichen der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht insbesondere in den Zwischenbereichen, d. h. dort, wo diese benachbart aneinander angrenzen, eine starke Rekombination auftreten kann, welche zu Wirkungsgradverlusten führen kann. Dies wird unter anderem darauf zurückgeführt, dass in der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht typischerweise im Vergleich zu einer mono- oder multikristallinen Siliziumschicht viele als Rekombinationszentren wirkende Störstellen oder Verunreinigungen vorhanden sind. Insbesondere in den Zwischenbereichen scheinen sich diese Rekombinationszentren negativ auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auszuwirken.
  • Bereits beispielsweise in der US 7 812 250 B2 wurde erkannt, dass sich berührende unterschiedlich dotierte Bereiche einer poly-Si-Schicht negativ auf einen Solarzellenwirkungsgrad auswirken können. Es wird dort vorgeschlagen, die unterschiedlich dotierten Bereiche der poly-Si-Schicht mittels eines Grabens voneinander zu trennen. Der Graben kann beispielsweise durch lokales Ätzen erzeugt werden.
  • Allerdings stellt das Erzeugen eines Grabens einen zusätzlichen aufwändigen Prozessschritt dar und verteuert und verkompliziert somit ein Herstellen der Solarzelle. Außerdem wird vermutet, dass Oberflächen eines solchen Grabens wiederum als rekombinationsfördernd wirken und daher möglichst gut oberflächenpassiviert werden sollten, was zusätzliche Verfahrensschritte wie beispielsweise ein ergänzendes Abscheiden einer Passivierungsschicht erforderlich machen kann.
  • Es wurde nun erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, die unterschiedlich dotierten Bereiche der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht dadurch elektrisch voneinander zu separieren, dass dazwischenliegende Zwischenbereiche gezielt aufoxidiert werden. Mit anderen Worten kann die Siliziumschicht als großflächige Schicht abgeschieden und belassen werden und lediglich in den Zwischenbereichen, d. h. dort, wo die n-Typ-Bereiche den p-Typ-Bereichen am nächsten benachbart sind oder direkt an diese angrenzen, wird die Siliziumschicht in einem hierfür speziell angepassten Oxidationsprozess lokal begrenzt aufoxidiert.
  • Die polykristalline bzw. amorphe Siliziumschicht kann somit sowohl in den p-Typ-dotierten Bereichen und den n-Typ-dotierten Bereichen als auch in den aufoxidierten Zwischenbereichen eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen, d. h. die Schichtdicke soll über alle Bereiche der Siliziumschicht beispielsweise weniger als 50% relativ, vorzugsweise weniger als 20% relativ, variieren. Mit anderen Worten wird aus der großflächig aufzubringenden Siliziumschicht kein Material entfernt, um Gräben oder Ähnliches zu erzeugen, sondern die Zwischenbereiche zwischen den p-Typ-dotierten Bereichen und den n-Typ-dotierten Bereichen werden aufoxidiert und weisen nach dem Aufoxidieren eine gleiche oder sogar größere Schichtdicke auf wie vor dem Aufoxidieren. Durch das Aufoxidieren kann sich ein Volumen der Schicht in den aufoxidierten Bereichen sogar lokal deutlich vergrößern, d. h. je nach Ausgangskonfiguration und Oxidierungsparametern bis zu mehr als verdoppeln.
  • Die auf diese Weise erzeugten aufoxidierten Zwischenbereiche bewirken sowohl eine elektrische Separierung zwischen den benachbarten n-Typ-Bereichen und p-Typ-Bereichen als auch eine sehr effiziente Passivierung in diesen Zwischenbereichen. Die aufoxidierten Zwischenbereiche erstrecken sich vorzugsweise entlang der gesamten Ränder der benachbarten p-Typ-dotierten Bereiche und n-Typ-dotierten Bereiche der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht und passivieren das darunterliegende Substrat hervorragend.
  • Das lokal begrenzte Aufoxidieren der Zwischenbereiche lässt sich dabei technologisch einfach und mit industriell gebräuchlichen Prozessschritten bzw. Prozesssequenzen durchführen. Ein elektrisches Separieren und Passivieren der benachbarten p-Typ-dotierten Bereiche und n-Typ-dotierten Bereiche der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht lässt sich somit kostengünstig und prozesstechnisch zuverlässig realisieren.
  • Insgesamt ergibt sich eine vorteilhafte Art und Weise, Solarzellen mit einer polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht, in der unterschiedlich dotierte Bereiche existieren, herzustellen. Derart hergestellte Solarzellen weisen hohe Wirkungsgrade auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das lokal begrenzte Aufoxidieren der Siliziumschicht derart durchgeführt, dass die Siliziumschicht in den Zwischenbereichen über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird. Anders ausgedrückt soll die polykristalline bzw. amorphe Siliziumschicht lokal begrenzt in den Zwischenbereichen derart stark bzw. derart lange aufoxidiert werden, bis ihr dort vorgesehenes Silizium über die gesamte Schichtdicke hin zu Siliziumoxid (SiOx) oxidiert ist. Nach einem solchen Aufoxidieren erstreckt sich somit eine dabei erzeugte Siliziumoxidschicht quer durch die polykristalline bzw. amorphe Siliziumschicht bis bin zu der Grenzflächen-Dielektrikumschicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird zum lokal begrenzten Aufoxidieren der Siliziumschicht auf die Siliziumschicht eine strukturierte Oxidationsbarrierenschicht aufgebracht, welche in ersten Regionen entfernt zu den Zwischenbereichen eine ausreichende Dicke aufweist, um im Rahmen eines Oxidationsprozesses darunterliegende Bereiche der Siliziumschicht gegen Oxidation zu schützen, und welche in zweiten Regionen angrenzend an die Zwischenbereiche eine geringere oder verschwindende Dicke aufweist, um im Rahmen des Oxidationsprozesses in darunterliegenden Bereichen der Siliziumschicht eine Oxidation lokal zuzulassen. Mit anderen Worten kann eine Oxidationsbarrierenschicht auf die polykristalline bzw. amorphe Siliziumschicht aufgebracht werden, welche Letztere während eines Oxidationsprozesses lokal gegen ein Aufoxidieren schützt. Die Oxidationsbarrierenschicht kann hierbei derart ausgebildet bzw. strukturiert sein, dass sie während des Oxidationsprozesses in den zweiten Regionen, d. h. nahe und/oder an den Zwischenbereichen, ein Eindringen von Sauerstoff in die Siliziumschicht und damit ein Aufoxidieren zulässt. In den ersten Regionen, d. h. entfernt zu den Zwischenbereichen, kann die Oxidationsbarrierenschicht hingegen ein solches Eindringen von Sauerstoff weitgehend verhindern. In den ersten Regionen kann die Oxidationsbarrierenschicht somit gegenüber Sauerstoff dicht sein, d. h. im Wesentlichen keinen Sauerstoff durchlassen.
  • Die Oxidationsbarrierenschicht kann beispielsweise eine dielektrische Schicht sein. Insbesondere kann die Oxidationsbarrierenschicht Siliziumnitrid (SixNy, z. B. Si3N4), Siliziumoxid (SiOx, z. B. SiO2) und/oder Siliziumoxinitrid (SixOyNz) aufweisen bzw. daraus bestehen.
  • Siliziumnitrid hat sich als sehr effiziente Oxidationsbarriere erwiesen. Bereits eine Schicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 20 nm, vorzugsweise wenigstens 50 nm, kann genügen, um ein Aufoxidieren der darunterliegenden Siliziumschicht ausreichend zu hemmen. Bei einer Schichtdicke von mehr als 100 nm findet selbst bei stark oxidierenden Prozessschritten, d. h. insbesondere bei hohen Prozesstemperaturen, im Wesentlichen kein Aufoxidieren darunterliegender Schichten mehr statt.
  • Andere Dielektrika wie beispielsweise Siliziumoxid können zwar eine größere Durchlässigkeit für Sauerstoff aufweisen als Siliziumnitrid. Bei ausreichender Schichtdicke können sie aber dennoch ausreichend als Oxidationsbarrierenschicht dienen. Beispielsweise kann eine Schicht aus Siliziumdioxid (SiO2), welche eine Schichtdicke von wenigstens 100 nm, vorzugsweise wenigstens 200 nm aufweist, als ausreichende Oxidationsbarrierenschicht wirken.
  • In den zweiten Regionen sollte die Oxidationsbarrierenschicht vorzugsweise eine Dicke von weniger als 5 nm, vorzugsweise weniger als 1 nm, aufweisen. Mit anderen Worten sollte die Oxidationsbarrierenschicht in den zweiten Regionen zumindest derart dünn sein, dass sie Sauerstoff nicht wesentlich an einem Durchdringen bis zu der darunterliegenden Siliziumschicht hindert. Vorzugsweise kann in den zweiten Regionen gar keine Oxidationsbarrierenschicht vorgesehen sein, d. h. die Oxidationsbarrierenschicht eine Schichtdicke von null aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird die Oxidationsbarrierenschicht zunächst als ganzflächige Schicht aufgebracht und anschließend Material der Oxidationsbarrierenschicht in den zweiten Regionen lokal entfernt. Mit anderen Worten kann die Oxidationsbarrierenschicht erst als räumlich homogene Schicht, d. h. sowohl in den ersten als auch in den zweiten Regionen, auf die Siliziumschicht abgeschieden werden und anschließend in den zweiten Regionen teilweise ausgedünnt oder vorzugsweise vollständig entfernt werden. Material der Oxidationsbarrierenschicht kann hierbei beispielsweise lokal weggeätzt oder mittels eines Lasers verdampft oder ablatiert werden. Derartige Prozessschritte bzw. Prozesssequenzen lassen sich einfach und zuverlässig industriell umsetzen.
  • Alternativ kann die Oxidationsbarrierenschicht beispielsweise mithilfe einer Drucktechnik wie z. B. Siebdrucken, Schablonendrucken oder Tintenstrahldrucken als strukturierte Schicht aufgebracht werden. Die Oxidationsbarrierenschicht wird hierbei nicht ganzflächig, sondern gezielt nur lokal auf die ersten Regionen, nicht jedoch auf die zweiten Regionen, aufgebracht. Die Oxidationsbarrierenschicht kann beispielsweise mithilfe Dielektrika-bildender Pasten aufgedruckt werden. Ein Aufdrucken einer strukturierten Oxidationsbarrierenschicht kann kostengünstig in industriellem Maßstab realisiert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das lokal begrenzte Aufoxidieren der Siliziumschicht durch ein trockenes und/oder feuchtes thermisches Oxidieren durchgeführt. Bei einem thermischen Oxidieren wird das mit der polykristallinen bzw. amorphen Siliziumschicht versehene Siliziumsubstrat bei hohen Temperaturen von beispielsweise mehr als 700°C einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ausgesetzt. Eine feuchte thermische Oxidation wird unter Zugabe von Wasserdampf durchgeführt und führt in der Regel zu einem schnelleren Aufoxidieren. Durch thermisches Oxidieren erzeugtes Siliziumoxid ist z. B. dafür bekannt, Oberflächen von Silizium sehr gut zu passivieren und eignet sich somit besonders gut als passivierende Separierung zwischen benachbarten p-Typ- und n-Typ-dotierten Bereichen der Siliziumschicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform unterscheiden sich die p-Typ-dotierten Bereiche und die n-Typ-dotierten Bereiche während des lokalen Aufoxidierens hinsichtlich ihrer Aufoxidierungsraten und die Zwischenbereiche umfassen sowohl Randbereiche der p-Typ-dotierten Bereiche als auch angrenzende Randbereiche der n-Typ-dotierten Bereiche. Das Aufoxidieren der Siliziumschicht wird dann derart durchgeführt, dass die Siliziumschicht entweder in den p-Typ-dotierten Randbereichen oder in den n-Typ-dotierten Randbereichen über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird, aber in den jeweils anderen, entgegengesetzt dotierten Randbereichen nicht über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird.
  • Anders ausgedrückt können sich die p-Typ-dotierten Bereiche und die n-Typ-dotierten Bereiche insbesondere abhängig von einer in ihnen enthaltenen Konzentration von Dotanden hinsichtlich ihrer Oxidierbarkeit unterscheiden. Typischerweise oxidiert eine Siliziumschicht umso schneller, je höher eine in ihr enthaltene Dotandenkonzentration ist. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, wenn z. B. während des Aufoxidierens in den beispielsweise von einer Oxidationsbarrierenschicht freigelassenen Zwischenbereichen sowohl Randbereiche eines stark dotierten p-Typ-dotierten Bereiches als auch Randbereiche eines schwächer dotierten n-Typ-dotierten Bereiches (oder umgekehrt) enthalten sind. Der Oxidationsprozess kann dann derart lange durchgeführt werden, dass der stark dotierte Randbereich vollständig, d. h. über seine gesamte Schichtdicke hin, aufoxidiert wird, wohingegen der schwächer dotierte Randbereich lediglich teilweise, d. h. nur über einen Teil seiner gesamten Schichtdicke hin, aufoxidiert wird.
  • Hierdurch kann sich, wie weiter unten anhand einer konkreten Ausführungsform beschrieben, für die Solarzelle eine Struktur ergeben, bei der die polykristalline bzw. amorphe Siliziumschicht in Teilen der Zwischenbereiche zwar an ihrer nach außen liegenden Oberfläche aufoxidiert ist, weiter im Inneren jedoch als reines polykristallines bzw. amorphes Silizium verbleibt. Dies kann einerseits ein Erzeugen der Kontakte erleichtern, da beispielsweise ein Positionieren der Kontakte z. B. im Rahmen eines Siebdruckens der Kontakte mit größeren Toleranzen erfolgen kann. Andererseits kann eine Passivierung des Siliziumsubstrates aufgrund der in der Siliziumschicht großflächig verbleibenden, nicht-oxidierten Bereiche sehr gut sein.
  • Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann es insbesondere vorteilhaft sein, dass diejenigen der p-Typ-dotierten Randbereiche und n-Typ-dotierten Randbereiche, die eine geringere Aufoxidierungsrate aufweisen als die jeweils entgegengesetzt dotierten Randbereiche, eine größere Breite aufweisen als die jeweils entgegengesetzt dotierten Randbereiche. Mit anderen Worten können beispielsweise bei einer Oxidationsbarrierenschicht die eine Oxidation lokal zulassenden zweiten Regionen derart gewählt sein, dass sie Randbereiche benachbarter p-Typ-dotierter Bereiche und n-Typ-dotierter Bereiche nicht symmetrisch abdecken, sondern weiter in denjenigen Randbereich reichen, der beispielsweise schwächer dotiert ist und der damit langsamer aufoxidiert wird. Bereiche, in denen vorteilhaft an einer Außenoberfläche aufoxidiertes Silizium der Siliziumschicht und weiter innen nicht-aufoxidiertes polykristallines bzw. amorphes Silizium existiert, können somit vorteilhaft groß ausgestaltet werden.
  • Mögliche Vorteile und Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung werden hierin teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle und teilweise mit Bezug auf die Solarzelle selbst beschrieben. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, ausgetauscht, modifiziert oder ersetzt werden können, oder von dem Verfahren auf die Solarzelle, bzw. umgekehrt, übertragen werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
  • Ferner erkennt ein Fachmann, dass ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten und Merkmalen weitere Verfahrensschritte und Merkmale aufweisen kann. Beispielsweise können in einer Herstellungssequenz ergänzende Prozessschritte zum Reinigen des Siliziumsubstrates, ätzenden Entfernen von Oberflächen oder Schichten, Einbringen von Dotanden etc. vorgesehen sein. Entsprechend kann eine erfindungsgemäße Solarzelle zusätzlich zu den genannten Strukturen und Merkmalen weitere Strukturen und Merkmale wie z. B. weitere Schichten, welche z. B. als Passivierungsschichten, Schutzschichten, Antireflexschichten oder Ähnliches wirken, aufweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
  • 1(a) bis (j) veranschaulicht eine Prozessierungssequenz eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2(e) und (f) veranschaulicht Prozessschritte einer Prozessierungssequenz eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines in 2(f) markierten Bildausschnittes.
  • Die in den Figuren dargestellten Details sind jeweils nur schematisch veranschaulicht und nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den verschiedenen Teilen der Figuren auf gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In den 1a bis 1j werden Prozessschritte einer Prozessierungssequenz eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1j veranschaulicht dabei eine fertige Solarzelle, wie sie mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. In den Figuren sind jeweils Schnittansichten durch Teile einer Solarzelle dargestellt. Aus Veranschaulichungsgründen sind dabei Größenverhältnisse nicht maßstabsgetreu dargestellt. Insbesondere entsprechen die dargestellten Schichtdicken und Proportionen nicht tatsächlichen Verhältnissen, bei denen auf ein Substrat aufgebrachte Schichten wesentlich dünner sind als in den Figuren veranschaulicht.
  • Wie in 1a dargestellt, wird zunächst ein Siliziumsubstrat 3 bereitgestellt. Das Siliziumsubstrat kann beispielsweise ein Wafer aus kristallinem, insbesondere monokristallinem oder multikristallinem, Silizium sein. Das Siliziumsubstrat 3 kann typischerweise Dicken im Bereich von 50 bis 500 μm, vorzugsweise 100 bis 300 μm, aufweisen. Laterale Abmessungen liegen typischerweise im Bereich von 10 × 10 cm2 bis 20 × 20 cm2. Gegebenenfalls wurde von Oberflächen des Siliziumsubstrates 3 ein beispielsweise durch einen vorangehenden Sägevorgang eingebrachter Schaden entfernt, d. h. das Siliziumsubstrat 3 oberflächlich rückgeätzt, und/oder das Siliziumsubstrat 3 gereinigt. Das Siliziumsubstrat 3 kann n-Typ-dotiert oder p-Typ-dotiert sein. Im nachfolgend beschriebenen Beispiel wird von einem n-Typ-dotierten Siliziumsubstrat 3 ausgegangen. Eine Oberflächenmorphologie des Siliziumsubstrates 3 kann entweder planar auf Vorder- und Rückseite sein, wie dies in 1a dargestellt ist. Alternativ kann beispielsweise die in der Figur oben liegend dargestellte Vorderseite texturiert sein und die Rückseite planar ausgebildet sein oder sowohl Vorder- als auch Rückseite texturiert sein.
  • Wie in 1b dargestellt, wird anschließend an einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 3 eine Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 erzeugt. Die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 kann beispielsweise als dünne Oxidschicht erzeugt werden. Dabei kann sie eine Dicke von typischerweise zwischen 1 nm und 5 nm aufweisen. Derart dünne Oxidschichten werden teilweise auch als Tunneloxidschichten bezeichnet, da Ladungsträger gegebenenfalls durch sie hindurchtunneln können und somit ein elektrisch leitender Kontakt zwischen angrenzenden Strukturen durch die Oxidschicht hindurch etabliert werden kann. Prinzipiell kann es genügen, lediglich eine der Oberflächen des Siliziumsubstrates 3, beispielsweise lediglich die Rückseite, mit der Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 zu belegen. Es ist aber auch möglich und nicht nachteilig, die Grenzflächen-Dielektrikumschicht, wie in 1b dargestellt, auf der Vorder- und Rückseite des Siliziumsubstrats 3 zu erzeugen. Vorteilhafterweise sollte die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 für eine sehr gute Passivierung der darunterliegenden Oberfläche des Siliziumsubstrats 3 sorgen können. Hierzu sollte die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 von hoher Qualität sein, d. h. möglichst wenige Störstellen und/oder Verunreinigungen in sich und an der Grenzfläche zu dem Siliziumsubstrat 3 aufweisen. Beispielsweise kann die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 nasschemisch in einem oxidierenden Schritt während oder nachfolgend einer Reinigungsprozedur, in einer thermischen Oxidation, in einer Ozon-Atmosphäre oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), gegebenenfalls Plasma-unterstützt oder thermisch unterstützt in einem Niederdruckverfahren, erzeugt werden.
  • Wie in 1c dargestellt, wird dann auf die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 eine Siliziumschicht 7 aus amorphem oder polykristallinem Silizium abgeschieden. Diese Siliziumschicht 7 kann wesentlich dicker sein als die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5. Typischerweise wird diese Siliziumschicht mit einer Dicke im Bereich von 5 nm bis 500 nm, vorzugsweise zwischen 40 und 100 nm, aufgebracht. Die Siliziumschicht 7 kann undotiert, p-Typ-dotiert oder n-Typ-dotiert abgeschieden werden. Im dargestellten Beispiel ist die Siliziumschicht 7 p-Typ-dotiert, d. h. vom entgegengesetzten Dotierungstyp wie das Siliziumsubstrat 3. Die amorphe oder polykristalline Siliziumschicht 7 kann mittels unterschiedlicher Abscheidungsverfahren abgeschieden werden. Beispielsweise kann sie mithilfe von chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) abgeschieden werden. Insbesondere Plasma-unterstützte CVD (PECVD) erlaubt eine Abscheidung qualitativ hochwertiger Siliziumschichten. Alternativ kann die Siliziumschicht 7 auch mithilfe thermisch unterstützter CVD in einem Niederdruckverfahren abgeschieden werden. Als weitere Alternative kann die Siliziumschicht 7 auch mithilfe einer Silizium-haltigen Lösung aufgebracht werden.
  • Generell ist die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 von geringerer elektronischer Qualität als das Siliziumsubstrat 3, d. h., eine Störstellendichte und/oder eine Dichte von Verunreinigungen ist in der Siliziumschicht 7 höher als in dem mono- oder multikristallinen Siliziumsubstrat 3 und dementsprechend ist eine Ladungsträgerlebensdauer in der Siliziumschicht 7 kürzer als in dem Siliziumsubstrat 3.
  • Wie in 1d dargestellt, werden anschließend in der Siliziumschicht 7 lateral zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche 9 und n-Typ-dotierte Bereiche 11 ausgebildet. Die p-Typ-dotierten Bereiche 9 können dabei direkt an die n-Typ-dotierten Bereiche 11 angrenzen. Alternativ können zwischen den p-Typ-dotierten Bereichen 9 und den n-Typ-dotierten Bereichen 11 auch undotierte bzw. intrinsische Bereiche existieren (nicht dargestellt). Die p- und n-Typ-dotierten Bereiche 9, 11 können sich beispielsweise in Form länglicher, ineinander verschachtelter Finger entlang der Rückseite des Siliziumsubstrats 3 erstrecken und können typischerweise Strukturbreiten im Bereich von 0,05 bis 10 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 3 mm, aufweisen.
  • Im dargestellten Beispiel, bei dem bereits die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 in-situ p-Typ-dotiert abgeschieden wurde, ist nur eine zusätzliche Realisierung von lokalen netto n-Typ-dotierten Bereichen 11 notwendig. Dazu kann die zuvor vorhandene p-Typ-Dotierung durch lokales Einbringen von Dotanden lokal überkompensiert werden. Sollte die Siliziumschicht 7 n-Typ-dotiert sein, ist eine lokale Überkompensation mit Akzeptor-artigen Dotanden möglich, um netto p-Typ-dotierte Bereiche zu erzeugen. Sollte die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 undotiert abgeschieden worden sein, wäre in diesem Verfahrensschritt eine Erzeugung von lokalen n-Typ-dotierten Bereichen 11 sowie lokalen p-Typ-dotierten Bereichen 9 notwendig.
  • Die Erzeugung lateral zueinander benachbarter p-Typ-dotierter und n-Typ-dotierter Bereiche 9, 11 kann zum Beispiel mittels maskierter Ionenimplantation erfolgen. Die Erzeugung von lokal dotierten Bereichen 11 durch Überkompensation einer zuvor vorhandenen Dotierung in der Siliziumschicht 7 kann hierbei einen maskierten Implantationsschritt erfordern, bei dem eine geeignet strukturierte Maske 13 diejenigen Bereiche 9, die p-Typ-dotiert verbleiben sollen, gegen ein Eindringen von Ionenstrahlen 15 schützt.
  • Im alternativen Fall, dass die Siliziumschicht 7 unsprünglich undotiert abgeschieden wurde, kann eine Erzeugung von lokalen p-Typ-dotierten Bereichen und n-Typ-dotierten Bereichen 9, 11 ebenfalls mittels maskierter Ionenimplantation erfolgen, wobei jedoch beide Implantationsschritte maskiert durchgeführt werden können. Alternativ kann auch eine ganzflächige erste Implantation durchgeführt werden, wobei eine Dosis niedrig genug gewählt werden sollte, um eine lokale Überkompensation durch Dotanden der jeweils entgegengesetzten Polarität zu ermöglichen.
  • Alternativ können lokal zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche 9 und n-Typ-dotierte Bereiche 11 auch mithilfe anderer Verfahren erzeugt werden. Beispielsweise können unter Einsatz strukturierter Diffusionsbarrieren dotierte Bereiche mithilfe thermischer Diffusion erzeugt werden, beispielsweise indem Dotanden aus einer BBr3-haltigen oder POCl3-haltigen Atmosphäre bzw. aus einer in einer Dotanden-haltigen Atmosphäre gebildeten Dotanden-haltigen Oxidschicht bei hohen Temperaturen lokal begrenzt in die Siliziumschicht 7 eindiffundiert werden. Als weitere Alternative kann eine Eindiffusion von Dotanden aus strukturiert aufgebrachten Dotierquellen wie zum Beispiel Bor- oder Phosphor-haltigen Schichten erfolgen. Als weitere Alternative können verschieden dotierte Silizium-haltige Schichten lokal aufgebracht werden.
  • Bis zu dem in 1d dargestellten Prozessschritt ist die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 zwar mit benachbart zueinander angeordneten lokalen p-Typ-dotierten Bereichen 9 und n-Typ-dotierten Bereichen 11 versehen, erstreckt sich jedoch als durchgehende Schicht aus amorphem bzw. polykristallinen halbleitendem Silizium. Mit anderen Worten grenzen die p-Typ-dotierten Bereiche 9 entweder direkt an die n-Typ-dotierten Bereiche 11 oder sind mit diesen zumindest über halbleiterartige undotierte bzw. intrinsische Bereiche verbunden.
  • Es wurde jedoch beobachtet, dass an Grenzflächen zwischen den p-Typ-dotierten Bereichen 9 und den n-Typ-dotierten Bereichen 11 bzw. in dazwischenliegenden undotierten bzw. intrinsischen Bereichen Effekte wie insbesondere eine erhöhte lokale Rekombination auftreten, welche den Wirkungsgrad der resultierenden Solarzelle beeinträchtigen können.
  • Es wird daher vorgeschlagen, Zwischenbereiche zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen 9 und n-Typ-dotierten Bereichen 11 lokal begrenzt aufzuoxidieren, um hierdurch eine als elektrisch nicht-leitfähige Barriere wirkende Oxidschicht zu bilden, welche die benachbarten p-Typ-dotierten Bereiche 9 und n-Typ-dotierten Bereiche 11 voneinander elektrisch separiert und gleichzeitig möglichst in der Grenzfläche passiviert.
  • Wie in 1e dargestellt, kann zu diesem Zweck eine strukturierte Oxidationsbarrierenschicht 17 auf die nach außen freiliegende Oberfläche der Siliziumschicht 7 aufgebracht werden. Diese Oxidationsbarrierenschicht 17 kann derart strukturiert sein, dass sie eine Maske bildet, die lediglich Zwischenbereiche 19 zwischen benachbarten p- und n-Typ-dotierten Bereichen 9, 11 ungeschützt lässt.
  • Die Oxidationsbarrierenschicht 17 kann beispielsweise eine dielektrische Schicht sein, zum Beispiel aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Ähnlichem. Die Oxidationsbarrierenschicht 17 kann dabei in ersten Regionen 21, welche lateral entfernt zu den Zwischenbereichen 19 sind, eine ausreichende Dicke aufweisen, um im Rahmen eines nachfolgenden Oxidationsprozesses eine Eindiffusion bzw. ein Durchdringen von Sauerstoff bzw. OH-Gruppen hin zur Oberfläche der amorphen bzw. polykristallinen Siliziumschicht 7 zu verhindern bzw. stark zu verlangsamen. Hierzu kann die Oxidationsbarrierenschicht 17, wenn sie beispielsweise als Siliziumnitridschicht ausgebildet ist, eine Dicke von wenigstens 20 nm oder 50 nm aufweisen bzw. wenn sie als Siliziumoxidschicht ausgebildet ist, eine Dicke von wenigstens 50 nm oder 100 nm aufweisen. In zweiten Regionen 23, welche vertikal direkt an die Zwischenbereiche 19 angrenzen, weist die Oxidationsbarrierenschicht 17 eine wesentlich geringere Dicke auf, beispielsweise weniger als 5 nm, bzw. ist in diesen zweiten Regionen vollständig entfernt, d. h. geöffnet, so dass im Rahmen eines Oxidationsprozesses in den darunterliegenden Zwischenbereichen 19 Sauerstoff bzw. OH-Gruppen eindiffundieren können und somit eine Oxidation lokal zugelassen wird.
  • Die Oxidationsbarrierenschicht 17 kann beispielsweise zunächst ganzflächig aufgebracht werden und anschließend strukturiert werden. Die Strukturierung kann beispielsweise nasschemisch, über lokal aufgedruckte Ätzpasten bzw. Ätzbarrieren oder mittels Laserablation erfolgen. Alternativ kann die Oxidationsbarrierenschicht 17 bereits strukturiert aufgebracht werden, zum Beispiel durch Siebdruck oder Tintenstrahldruck von oxid- oder nitridhaltigen Schichten.
  • Optional, aber nicht notwendigerweise, kann eine Oxidationsbarrierenschicht 17 nicht nur an der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 7 an der Rückseite des Siliziumsubstrats 3, sondern auch auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats 3 oder auf einer dort zuvor erzeugten Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 und/oder Siliziumschicht 7 aufgebracht werden.
  • Die Oxidationsbarrierenschicht 17 kann gegebenenfalls später auf dem Siliziumsubstrat 3 verbleiben und beispielsweise einer Verbesserung von optischen Eigenschaften, beispielsweise einer Verbesserung der Reflektivität, an der Rückseite der Solarzelle dienen. Ebenso kann die Oxidationsbarrierenschicht 17 bei einem nachfolgenden Prozessschritt als Schutz für die Rückseite, beispielsweise während eines Texturierungsprozesses der Vorderseite, dienen.
  • Wie in 1f dargestellt, wird die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 nachfolgend in den von der Oxidationsbarrierenschicht 17 freigelassenen zweiten Regionen 23, d. h. in den Zwischenbereichen 19, lokal aufoxidiert. Hierzu kann das Siliziumsubstrat 3 zusammen mit der darauf aufgebrachten Siliziumschicht 7 einer trockenen oder feuchten thermischen Oxidation unterzogen werden, bei der Sauerstoff bzw. OH-Gruppen in den ungeschützten zweiten Regionen 23 an und in die Siliziumschicht 7 gelangen und das dortige Silizium aufoxidieren. Der Oxidationsprozess wird dabei solange durchgeführt, bis die Siliziumschicht 7 in den Zwischenbereichen 19 über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert ist. Eine hierbei entstehende Siliziumoxidschicht 25 separiert die amorphe bzw. polykristalline Schicht 7 in den Zwischenbereichen 19, d. h. zwischen benachbarten p-Typ-Bereichen 9 und n-Typ-Bereichen 11, vollständig. Somit wird ein direktes Aneinandergrenzen beider Bereiche 9, 11, welches eine Ausbildung eines p+n+-Überganges mit nicht-idealen elektrischen Eigenschaften bedingen würde, vermieden. Gleichzeitig passiviert die Siliziumoxidschicht 25 lokal die Oberfläche des Siliziumsubstrats 3.
  • Ein zur lokalen Oxidation eingesetzter Hochtemperaturschritt kann außerdem Eigenschaften eines Kontaktes zwischen den p- und n-Typ-dotierten Bereichen 9, 11 der Siliziumschicht 7 mit dem Siliziumsubstrat 3 verbessern.
  • Unbeabsichtigt, aber nicht störend, kann auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats ebenfalls eine Oxidschicht 27 erzeugt werden, sofern diese Seite des Siliziumsubstrats 3 nicht ganzflächig durch eine Oxidationsbarrierenschicht geschützt wird.
  • Wie in 1g dargestellt, kann die im beschriebenen Beispiel an der Vorderseite des Siliziumsubstrats 3 erzeugte Oxidschicht 27 nachfolgend entfernt werden, während die dielektrischen Schichten an der Rückseite verbleiben können. Sollte die Vorderseite während des vorangehenden Oxidationsprozesses durch eine dielektrische Oxidationsbarrierenschicht geschützt worden sein, kann auch diese nachfolgend wieder entfernt werden. Ein einseitiges Entfernen der Oxidschicht 27 bzw. einer Oxidationsbarrierenschicht kann beispielsweise in einer geeignet nasschemisch arbeitenden Anlage oder mittels Plasmaätzen erfolgen.
  • Wie in 1h dargestellt, kann die Vorderseite des Siliziumsubstrats 3 anschließend texturiert werden. Dabei kann die Oxidationsbarrierenschicht 17 und das Siliziumoxid 25 die Rückseite des Siliziumsubstrats 3 schützen. Nach dem Texturieren der Vorderseite kann eine geeignete Reinigung stattfinden, um die Vorderseite für eine nachfolgende Passivierung vorzubereiten.
  • Falls bei einer modifizierten Prozessierungssequenz das Siliziumsubstrat 3 bereits zu Beginn der Prozessierungssequenz eine Vorderseitentextur erhalten hat, kann dieser Schritt entfallen.
  • Falls das Siliziumsubstrat 3 nicht nur an der Rückseite, sondern auch an der Vorderseite in der vorangehenden Prozessierung eine amorphe bzw. polykristalline Schicht 7 und/oder ein darunterliegendes Grenzflächen-Oxid 5 auf der Vorderseite erhalten haben sollte, können diese Schichten beim Texturieren der Vorderseite ebenfalls mit entfernt werden.
  • Wie in 1h dargestellt, kann anschließend die Vorderseite des Siliziumsubstrats 3 beispielsweise mit einer dielektrischen Schicht 29 passiviert werden. Diese Schicht 29 kann ergänzend eine Antireflexwirkung erzielen.
  • Falls im Rahmen einer modifizierten Prozessierungssequenz das Siliziumsubstrat 3 bereits zu Beginn der Prozessierungssequenz eine Vorderseitentextur erhalten hat und die Vorderseite auch mit einer amorphen bzw. polykristallinen Siliziumschicht passiviert wurde, ist an dieser Stelle gegebenenfalls lediglich eine Schicht aufzubringen, welche für eine Antireflexwirkung sorgt.
  • Die Schicht 29 kann entweder eine einzelne dielektrische Schicht oder ein Stapel aus mehreren dielektrischen Schichten, zum Beispiel ein Stapel aus einer Aluminiumoxid-Schicht und einer Siliziumnitrid-Schicht, sein. Verschiedene Abscheideverfahren, die auch miteinander kombiniert werden können, wie zum Beispiel Plasma-unterstützte Gasphasenabscheidung (PECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) und Ähnliche können eingesetzt werden.
  • Wie in den 1i und 1j dargestellt, können anschließend p-Kontakte 31, welche die p-Typ-dotierten Bereiche 9 kontaktieren, und n-Kontakte 33, welche die n-Typ-dotierten Bereiche 11 der Siliziumschicht 9 kontaktieren, erzeugt werden.
  • Im dargestellten Beispiel werden die p- und n-Kontakte 31, 33 an der Rückseite des Siliziumsubstrats 3 mittels Siebdruck hergestellt. Dabei können die Kontakte 31, 33 für beide Polaritäten bereits strukturiert aufgebracht werden und müssen nicht, wie bei einer zunächst ganzflächigen Metallabscheidung, nachträglich getrennt werden. In dem dargestellten Beispiel wird dabei eine Siebdruckpaste verwendet, welche zunächst lokal begrenzt auf die in den ersten Regionen verbleibende Oxidationsbarrierenschicht 17 aufgedruckt wird und deren Bestandteile in einem nachfolgenden Feuerprozess bei hohen Temperaturen oberhalb von 600°C ein lokales Auflösen der darunterliegenden Oxidationsbarrierenschicht 17 bewirken. Wie in 1j dargestellt, durchdringt dabei eine solche „durchfeuernde” Paste die Oxidationsbarrierenschicht 17. Es ist somit nicht zwingend notwendig, zuvor lokale Kontaktöffnungen innerhalb der Oxidationsbarrierenschicht 17 zu realisieren.
  • Alternativ können auch nicht-durchfeuernde Siebdruckpasten verwendet werden, wobei in diesem Falle gegebenenfalls vorab Kontaktöffnungen in zwischenliegenden isolierenden Schichten wie zum Beispiel der Oxidationsbarrierenschicht 17 erzeugt werden müssten. Als Alternative zu einer Siebdruckmetallisierung könnte auch eine Metallisierung mithilfe von physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), Galvanik oder einer Kombination dieser Techniken eingesetzt werden.
  • Mit Bezug auf die 2e und 2f sowie 3 wird nachfolgend eine modifizierte Prozesssequenz für ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 stellt dabei eine vergrößerte Darstellung des mit „A” markierten Bereichs in 2f dar, allerdings in einem fortgeschritteneren Prozessierungsstadium, bei dem die Oxidationsbarrierenschicht 17 bereits entfernt wurde und Kontakte 31, 33 aufgebracht wurden. Die modifizierte Herstellungssequenz unterscheidet sich von der weiter oben beschriebenen Herstellungssequenz hauptsächlich mit Bezug auf die dort in den 1e und 1f beschriebenen Prozessierungsschritte. Der Rest der Prozessierungssequenz kann ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Beispiel durchgeführt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich während eines Oxidationsprozesses Aufoxidierungsraten in unterschiedlich stark dotierten p-Typ-dotierten Bereichen 9 und n-Typ-dotierten Bereichen 11 typischerweise signifikant unterscheiden.
  • Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Oxidationsbarrierenschicht 17 derart strukturiert, dass Randbereiche 35 von mit geringerer Dotierungskonzentration versehenen p-Typ-dotierten Bereichen 9, in denen die durch die Oxidationsbarrierenschicht 17 bewirkte Maske nachfolgend ein Aufoxidieren der amorphen bzw. kristallinen Siliziumschicht 7 zulässt, breiter sind als Randbereiche 37 von mit einer höheren Dotierungskonzentration ausgebildeten n-Typ-dotierten Bereichen 11, welche ebenfalls von der Oxidationsbarrierenschicht 17 unmaskiert bleiben. Anders ausgedrückt sind bei dieser Ausführungsform die von der Oxidationsbarrierenschicht 17 nicht maskierten zweiten Regionen 23 asymmetrisch in Bezug auf die Grenzfläche zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen 9 und n-Typ-dotierten Bereichen 11 angeordnet, so dass die von der Oxidationsbarrierenschicht 17 nicht maskierten Zwischenbereiche 19 sich hauptsächlich über die p-Typ-dotierten Bereiche 9 und weniger über die n-Typ-dotierten Bereiche 11 erstrecken. Wiederum anders ausgedrückt werden die im dargestellten Beispiel wesentlich kleineren und wesentlich stärker dotierten n-Typ-dotierten Bereiche 11 fast vollständig von der Oxidationsbarrierenschicht 17 abgedeckt und damit gegen Oxidation geschützt, wohingegen die Oxidationsbarrierenschicht 17 auf den großflächigeren und wesentlich schwacher dotierten p-Typ-dotierten Bereichen 9 lediglich in kleinen Teilbereichen aufgebracht wird, das heißt lediglich dort, wo später beispielsweise Kontaktöffnungen für zugehörige p-Kontakte entstehen sollen.
  • 1j zeigt somit eine fertigprozessierte Solarzelle 1, bei der p-Typ-dotierte Bereiche 9 und n-Typ-dotierte Bereiche 11 an der Rückseite des Siliziumsubstrats 3 durch eine jeweils durch lokales Aufoxidieren erzeugte Oxidschicht 25 voneinander getrennt sind. Die amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht 7 weist dabei sowohl in den p-Typ-dotierten Bereichen 9 und den n-Typ-dotierten Bereichen 11 als auch in den aufoxidierten Zwischenbereichen 19 eine im Wesentlichen konstante Dicke auf.
  • Wie in 2f und 3 veranschaulicht, wird in einem nachfolgenden Oxidierungsprozess der von der Oxidationsbarrierenschicht 17 freigelassene Randbereich 37 der stark dotierten n-Typ-dotierten Schicht 11 über seine gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert. Der von der Oxidationsbarrierenschicht 17 ebenfalls freigelassene Randbereich 35 der schwächer dotierten p-Typ-dotierten Bereiche 9 wird hingegen aufgrund seiner geringeren Aufoxidierungsrate lediglich teilweise aufoxidiert. Es verbleibt angrenzend an die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 ein Teil 39 der p-Typ-dotierten Bereiche 9 in einem nicht-aufoxidierten, d. h. weiterhin als amorphes bzw. polykristallines Silizium vorliegenden, Zustand. Prozessparameter, d. h. insbesondere eine Dauer des Oxidierungsprozesses, sollen bei dieser Ausführungsform somit einerseits derart gewählt sein, dass in den schneller oxidierenden n-Typ Randbereichen 37 eine Aufoxidation über die gesamte Schichtdicke der Siliziumschicht 7 hin erfolgt, andererseits aber auch so, dass in den langsamer oxidierenden p-Typ Randbereichen 35 eine Aufoxidation lediglich über Teile der Schichtdicke der Siliziumschicht 7 hin erfolgt und Teile 39 der Siliziumschicht nicht-oxidiert verbleiben.
  • Die p-Typ-dotierten Bereiche 9 weisen somit nach dem Aufoxidieren eine „T”-förmige Struktur auf. Die nicht-aufoxidierten Teile 39 der Randbereiche 35 der p-Typ-dotierten Bereiche 9 in den Zwischenbereichen 19 und angrenzend an die Grenzflächen-Dielektrikumschicht 5 können dabei für eine optimale Passivierung an der Rückseite der derart hergestellten Solarzelle sorgen.
  • Bei einer entsprechend hergestellten Solarzelle 1 umfassen die Zwischenbereiche 19 somit sowohl Randbereiche 35 der p-Typ-dotierten Bereiche 9 als auch angrenzende Randbereiche 37 der n-Typ-dotierten Bereiche 11. Im dargestellten Beispiel sind die n-Typ-dotierten Randbereiche 37 über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert und die entgegengesetzt dotierten Randbereiche 35 sind nicht über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert. Bei anderen Konstellationen der Dotierungskonzentrationen in den p- und n-Typ dotierten Bereichen 9, 11 kann die Konfiguration der Randbereiche 35, 37 jedoch auch umgekehrt sein.
  • Die aufoxidierten Teile 41 in diesem Randbereich 35 können beispielsweise nach einer selektiven Entfernung der Oxidationsbarrierenschicht 17 zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der Rückseite der Solarzelle benutzt werden, da die durch das Aufoxidieren entstandene Siliziumoxidschicht 25 die optische Reflektivität an der Rückseite der Solarzelle verbessern kann.
  • Ferner kann bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft eine Art Selbstjustierung bei einem nachfolgenden Aufbringen von p-Kontakten und n-Kontakten erreicht werden. Hierbei kann beispielsweise ausgenutzt werden, dass nach einem Entfernen der Oxidationsbarrierenschicht 17 lediglich die nicht-aufoxidierten Teile 43 der p-Typ-dotierten Bereiche 9 an einer rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 7 freiliegen, wohingegen andere Teile 39 dieser p-Typ-dotierten Bereiche 9 durch die darüberliegenden aufoxidierten Teile 41 gegen ein elektrisches Kontaktieren von außen geschützt sind. An der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 7 freiliegende Teile der p-Typ-dotierten Bereiche 9 und der n-Typ-dotierten Bereiche 11 sind somit durch verhältnismäßig breite zumindest oberflächlich aufoxidierte Zwischenbereiche 19 voneinander separiert. Dies kann beispielsweise bei einem Aufbringen von p-Kontakten 31 und n-Kontakten 33 mittels Siebdruck vorteilhaft sein, da bei einem Aufdrucken von Siebdruckpasten lediglich verhältnismäßig große räumliche Toleranzen eingehalten werden brauchen. Wie in 3 dargestellt, können p-Typ-Kontakte 31 und n-Typ-Kontakte 33 beispielsweise unpräzise positioniert in die Zwischenbereiche 19 hineinragend aufgedruckt werden, ohne dass es zu ungewollten Kurzschlüssen käme, da die dort durch das Aufoxidieren erzeugten breiten Siliziumoxidschichten der Randbereiche 35, 37 elektrisch isolierend wirken und somit Kurzschlüsse verhindern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Solarzelle
    3
    Siliziumsubstrat
    5
    Grenzflächen-Dielektrikumschicht
    7
    amorphe bzw. polykristalline Siliziumschicht
    9
    p-Typ-dotierte Bereiche
    11
    n-Typ-dotierte Bereiche
    13
    Maske
    15
    Ionenstrahl
    17
    Oxidationsbarrierenschicht
    19
    Zwischenbereiche
    21
    erste Regionen
    23
    zweite Regionen
    25
    Oxidschicht
    27
    Oxidschicht
    29
    dielektrische Schicht
    31
    p-Kontakte
    33
    n-Kontakte
    35
    Randbereiche der p-Typ-Bereiche
    37
    Randbereiche der n-Typ-Bereiche
    39
    nicht-aufoxidierter Teil der p-Typ-Bereiche
    41
    aufoxidierter Teil der p-Typ-Bereiche

Claims (9)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (1), wobei das Verfahren aufweist: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrates (3); (b) Erzeugen einer Grenzflächen-Dielektrikumschicht (5) an einer Oberfläche des Siliziumsubstrates (3); (c) Abscheiden einer Siliziumschicht (7) aus amorphem oder polykristallinem Silizium auf die Grenzflächen-Dielektrikumschicht (5), wobei die Siliziumschicht (7) lateral zueinander benachbarte p-Typ-dotierte Bereiche (9) und n-Typ-dotierte Bereiche (11) aufweist; (d) lokal begrenztes Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) in Zwischenbereichen (19) zwischen benachbarten p-Typ-dotierten Bereichen (9) und n-Typ-dotierten Bereichen (11), wobei zum lokal begrenzten Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) auf die Siliziumschicht (7) eine strukturierte Oxidationsbarrierenschicht (17) aufgebracht wird, welche in ersten Regionen (21) entfernt zu den Zwischenbereichen (19) eine ausreichende Dicke aufweist, um im Rahmen eines Oxidationsprozesses darunterliegende Bereiche der Siliziumschicht (7) gegen Oxidation zu schützen, und welche in zweiten Regionen (23) angrenzend an die Zwischenbereiche (19) eine geringere oder verschwindende Dicke aufweist, um im Rahmen des Oxidationsprozesses in darunterliegenden Bereichen der Siliziumschicht (7) eine Oxidation lokal zuzulassen; (e) Erzeugen von p-Kontakten (31), welche die p-Typ-dotierten Bereiche (9) der Siliziumschicht (7) kontaktieren, und n-Kontakten (33), welche die n-Typ-dotierten Bereiche (11) der Siliziumschicht (7) kontaktieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das lokal begrenzte Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) derart durchgeführt wird, dass die Siliziumschicht (7) in den Zwischenbereichen (19) über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oxidationsbarrierenschicht (17) eine dielektrische Schicht ist, insbesondere aufweisend Siliziumnitrid, Siliziumoxid und/oder Siliziumoxinitrid.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Oxidationsbarrierenschicht (17) in den ersten Regionen (21) eine Dicke von wenigstens 20 nm, und in den zweiten Regionen (23) eine Dicke von weniger als 5 nm, aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oxidationsbarrierenschicht (17) zunächst als ganzflächige Schicht aufgebracht wird und anschließend Material der Oxidationsbarrierenschicht (17) in den zweiten Regionen (23) lokal entfernt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oxidationsbarrierenschicht (17) mithilfe einer Drucktechnik als strukturierte Schicht aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das lokal begrenzte Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) durch ein trockenes und/oder feuchtes thermisches Oxidieren durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die p-Typ-dotierten Bereiche (9) und die n-Typ-dotierten Bereiche (11) sich während des lokalen Aufoxidierens hinsichtlich ihrer Aufoxidierungsraten unterscheiden und die Zwischenbereiche (19) sowohl Randbereiche (35) der p-Typ-dotierten Bereiche (9) als auch angrenzende Randbereiche (37) der n-Typ-dotierten Bereiche (11) umfassen, wobei das Aufoxidieren der Siliziumschicht (7) derart durchgeführt wird, dass die Siliziumschicht (7) entweder in den p-Typ-dotierten Randbereichen (35) oder in den n-Typ-dotierten Randbereichen (37) über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird, aber in den jeweils anderen, entgegengesetzt dotierten Randbereichen (37, 35) nicht über ihre gesamte Schichtdicke hin aufoxidiert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei diejenigen der p-Typ-dotierten Randbereiche (35) und n-Typ-dotierten Randbereiche (37), die eine geringere Aufoxidierungsrate aufweisen als die jeweils entgegengesetzt dotierten Randbereiche (37, 35), eine größere Breite aufweisen als die jeweils entgegengesetzt dotierten Randbereiche (37, 35).
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