DE102016207303A1 - Solarzelle und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle, mit einem Silizium-Substrat, welches eine Substratrückseite aufweist, wobei an der Substratrückseite ein Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner verschiedene Varianten eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Solarzelle.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Solarzellen weisen üblicherweise ein Silizium-Substrat auf, welches eine dotierte Basis aufweist. Beispielsweise kann ein Bereich mit p– Dotieratomen, beispielsweise Bor (B), Gallium (Ga) oder Aluminium (Al) vorgesehen sein. Alternativ kann die Basis mit n-Dotieratomen, beispielsweise Phosphor (P) oder Arsen (As), dotiert sein.
  • PERC (Passivated Emitter and Rear Cell; zu Deutsch: Solarzelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite) bezeichnet eine Solarzellentechnologie, mit welcher deutlich höhere Wirkungsgrade erzielt werden können. Bei einer PERC-Solarzelle weist das Silizium-Substrat eine strukturierte Passivierschicht auf der Rückseite des Halbleiterkörpers auf, die dazu vorgesehen ist, Rekombinationsverluste am Rückseitenkontakt der Solarzelle zu verringern. Die dazugehörige Kontaktstruktur ist auf der Passivierschicht angeordnet und kontaktiert die rückseitige Oberfläche des Halbleiterkörpers in lokaler Weise über in der Passivierschicht vorhandene Kontaktöffnungen. Eine solche PERC-Solarzelle ist z. B. in der DE 20 2015 101 360 U1 beschrieben.
  • Aluminium-BSF (BSF: Back-Surface-Field), auch Aluminium-Rückseitenfeld genannt, bezeichnet ein Solarzellendesign, wobei direkt an der Rückseite des Silizium-Substrats eine Aluminiumschicht vorgesehen ist. Im Bereich der Schichtgrenze zu Silizium bildet sich in der Herstellung bei einem Feuerprozess eine Aluminium-Silizium-Legierung. Da Aluminium als Dotant in Silizium fungieren kann, wird mittels des rekristallisierten Siliziums mit eingebautem Aluminium ein sogenanntes Al-BSF (Aluminium Back-Surface-Field bzw. Aluminium Rückseitenfeld) gebildet. Das Aluminium-BSF hat die Aufgabe, erzeugte Elektronen daran zu hindern an der Rückseite zu rekombinieren. Dies wird durch die p+ Dotierung des dreiwertigen Aluminiums erreicht.
  • Ferner existieren PERC Solarzellen, bei welchen lokal im Bereich von Ausnehmungen der Passivierschicht, in welchen eine Metallisierungsschicht aus Aluminium das Substrat kontaktiert, ein Aluminium-BSF gebildet wird. Beispielsweise beschreibt die DE 20 2015 103 803 U1 eine PERC Solarzelle mit lokalem Aluminium-BSF.
  • Aluminium weist jedoch (auch) ungünstige Rekombinationseigenschaften auf. Insbesondere kann Aluminium Komplexe mit Sauerstoff bilden, was zur Rekombination von Ladungsträgern führen kann.
  • Darüber hinaus ist zur Verminderung des Effekts der Licht induzierten Degradation (LID, light induced degradation) bisweilen oftmals eine Gallium Dotierung des Substrats bzw. des Kristalls erforderlich, um für die LID verantwortliche Kupferatome zu binden.
  • Dies ist ein Zustand, den es zu verbessern gilt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Solarzelle anzugeben.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
  • Demgemäß ist vorgesehen:
    • – Eine Solarzelle, mit einem Silizium-Substrat, welches eine Substratrückseite aufweist, wobei an der Substratrückseite ein Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist.
    • – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium auf eine mit Ausnehmungen strukturierte Passivierschicht, welche an der Rückseite eines Silizium-Substrats vorgesehen ist; und Eintreiben des Galliums als Dotierung in das Silizium-Substrat in dem Bereich der Ausnehmungen zur Bildung eines lokalen Gallium-Rückseitenfeldes.
    • – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium vollflächig direkt auf die Substratrückseite eines Silizium-Substrats; und Eintreiben des Galliums als Dotierung in das Silizium-Substrat zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes.
    • – Ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, insbesondere einer erfindungsgemäßen Solarzelle, mit den Schritten: Aufbringen einer eine Galliumverbindung aufweisenden Passivierschicht direkt auf die Substratrückseite eines Siliziumsubstrats; Eintreiben von Gallium aus der Passivierschicht als Dotierung in das Silizium-Substrat zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes; und Entfernen von Rückständen der Galliumverbindung.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Rückseitenfeld bzw. ein BSF mit Gallium auszubilden. Gallium ist weniger reaktionsaktiv als Aluminium. Auf diese Weise werden die ungünstigen Rekombinationseigenschaften von Aluminium, welches üblicherweise für ein BSF verwendet wird, vermieden. Ferner kann eine Gallium Dotierung der Silizium-Substrat Basis bzw. des Kristalls zur Bindung von Kupferatomen obsolet werden.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass Gallium ebenfalls ein Eutektikum mit Silizium bildet, als Dotant in Silizium fungieren kann und darüber hinaus hohe temperaturabhängige effektive Diffusionskonstanten aufweist. Mittels in das Silizium-Substrat eingebautem Gallium kann daher ein Gallium-Rückseitenfeld bzw. Gallium-BSF mit vergleichsweise geringem Herstellungssaufwand gebildet werden. Dies wäre beispielsweise mit dem ebenfalls dreiwertigen Element Bor aufgrund der sehr langsamen Diffusion von Bor in Silizium und des Fehlens eines Eutektikums im System Bor-Silizium nur mit sehr viel höherem Aufwand möglich.
  • Vorteilhaft werden Elektronen erfindungsgemäß durch das Gallium-Rückseitenfeld effektiv daran gehindert, an der Rückseite des Substrats zu rekombinieren, was durch die p+ Dotierung des 3 wertigen Galliums erreicht wird. Dies wird vorteilhaft ohne Aluminium, welches selbst ein Rekombinationszentrum darstellt, erreicht. Somit wird vorteilhaft die bei Aluminium vorliegende teilweise Kompensation des positiven Effekts des Rückseitenfeldes vermieden.
  • Das Gallium-Rückseitenfeld ist zu unterscheiden von einem herkömmlich Gallium dotierten Siliziumkristall. Ein bedeutender Unterschied liegt hier vor allem in der erreichbaren Konzentration des Galliums. Während ein herkömmlich Gallium dotierter Wafer bzw. Siliziumkristall Konzentrationen von 1014 bis 1017 Atomen pro Kubikzentimeter aufweist, sind mit einem erfindungsgemäßen Gallium-Rückseitenfeld sehr viel höhere Konzentrationen erreichbar.
  • Ein weiterer Unterschied liegt in der Verteilung des Galliums, welche mit einem Gallium-Rückseitenfeld sehr viel heterogener ist und sich auf eine oberste Schicht des Silizium-Substrats konzentriert. Dies ist aber unschädlich, da Kupfer bei hohen Temperaturen in Silizium sehr schnell diffundiert. Daher braucht nicht das gesamte Volumen des Silizium-Substrats mit Gallium hoch dotiert sein, da das Kupfer auch zu dem Gallium diffundieren kann. Auf diese Weise werden ohne Notwendigkeit einer herkömmlichen Galliumdotierung des Siliziumkristalls stabile Kupfer-Gallium-Paare gebildet, sodass der LID Effekt vermindert wird.
  • Ferner ist das Gallium-Rückseitenfeld zu unterscheiden von einer Passivierschicht mit einer Galliumverbindung und auch von einer Metallisierung mit galliumhaltigen Pasten. Bei diesen kann zwar ggfs. auch in das Silizium eingetriebenes Gallium vorliegen, der Unterschied liegt aber in der Eindringtiefe des Galliums. Bei einem Gallium-Rückseitenfeld beträgt die Eindringtiefe im Unterschied zur Passivierung oder Metallisierung deutlich mehr als 500 Nanometer in der obersten Schicht eines Silizium-Substrats. Beispielsweise sind Eindringtiefen größer als 2 Mikrometer möglich und theoretisch bis zu 20 μm denkbar. Dies ist erfindungsgemäß durch gezieltes Eintreiben des Galliums erreichbar.
  • Das Eintreiben des Galliums kann auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden.
  • Zum einen kann es entweder nur lokal, das heißt auf vorbestimmte Flächenabschnitte der Substratrückseite begrenzt, oder vollflächig eingetrieben werden. Ferner sind unterschiedliche Ausgangsstoffe, wie reines Gallium, Gallium-Legierungen oder Gallium-Verbindungen, möglich.
  • Ein lediglich lokales Aufbringen kann dadurch realisiert werden, dass Gallium auf eine mit Ausnehmungen versehenen Passivierungsschicht bzw. Passivierschicht aufgetragen und anschließend eingetrieben wird.
  • Alternativ kann das Gallium direkt auf das Substrat, insbesondere vollflächig, aufgetragen und eingetrieben werden.
  • Galliumrückstände, welche nicht als Dotierung in das Silizium-Substrat eingetrieben wurden sowie etwaige beim Eintreiben gebildete Gallium-Silizium-Legierung werden vorzugsweise nach dem Eintreiben entfernt. Insbesondere kann dazu beispielsweise ein Rückätzen der Galliumrückstände vorgenommen werden. Begründet ist dies darin, dass insbesondere Gallium-Silizium-Legierungen ein Eutektikum bilden und somit einen sehr niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Mit Rückständen von Gallium wäre das Substrat somit nur sehr schwierig weiter zu einer Solarzelle zu prozessieren. Insbesondere würde dann eine Metallisierung, wozu in der Regel höhere Temperaturen notwendig sind, kaum möglich sein. Das Gallium-Rückseitenfeld wird hingegen von den höheren Temperaturen nicht beeinträchtigt, da hier das Gallium lediglich als Dotierung im Silizium vorliegt.
  • Alternativ zu einem Entfernen der Rückstände des Galliums wäre es auch denkbar, das Gallium bei bzw. mit dem Eintreiben vollständig zu Oxidieren und eine so entstandene Galliumoxidschicht als Passivierungsschicht zu nutzen.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Gallium in Form einer eine Galliumverbindung aufweisenden Passivierschicht auf die Substratrückseite aufzubringen. Das Gallium kann dann aus der Passivierschicht in das Substrat eingetrieben werden. Anschließend können die Reste der Galliumverbindung entfernt werden. Beispielsweise kann es sich bei der Galliumverbindung um Gallium(III)-Oxid (Ga2O3) und/oder Gallium-Trichlorid (GaCl3) handeln. Bei der Passivierschicht handelt es sich somit um eine „Opfer-Passivierschicht”.
  • Als Silizium-Substrat kommen grundsätzlich sowohl monokristalline als auch multikristalline Substrate infrage.
  • Ferner ist es denkbar, zusätzlich zu dem Gallium-Rückseitenfeld eine Rückseitenpassivierung, beispielsweise mit Siliziumnitrid, zur Ausbildung einer PERC Solarzelle vorzusehen.
  • Das Auftragen des Galliums kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Gallium mittels Gasphasenabscheidung durch CVD (Chemical Vapor Deposition, chemische Gasphasenabscheidung) oder PVD (Physical Vapor Deposition; Physikalische Gasphasenabscheidung) aufgebracht werden.
  • Darüber hinaus kann das Gallium auch mittels Rotationsbeschichtung (sein coating) aufgetragen werden. Vorteilhaft braucht dazu ein Wafer lediglich auf 30°C erwärmt werden, da Gallium bei dieser Temperatur schmilzt und sich somit durch die Zentrifugalkräfte bei Rotation verteilt.
  • Ferner ist auch ein Aufbringen des Galliums durch Aufdampfen, Sputtern oder Aufdrucken, beispielsweise mittels Siebdruck oder Tintenstrahldruck, sowie ein Aufbringen in Pastenform oder durch Tauchen denkbar.
  • Ferner denkbar ist das Aufbringen von Gallium durch Kontakt mit einer galliumhaltigen Atmosphäre oder mit einem galliumhaltigen Glas. Eine weitere denkbare Möglichkeit wäre die Ionenimplantation.
  • Eine Metallisierung eines mit einem Gallium-Rückseitenfeld versehenen Substrats wird vorzugsweise ohne Aluminium vorgenommen, da ein Aluminium-Silizium-Eutektikum an der Rückseite das Gallium-Rückseitenfeld beschädigen oder zerstören könnte. Somit kommen bevorzugt andere Metalle zum Einsatz. Beispielsweise kann eine Metallisierung mittels silberhaltiger Pasten vorgesehen werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
  • Gemäß einer Ausführungsform einer Solarzelle weist das Gallium-Rückseitenfeld eine Gallium-Dotierung bis zu einer Tiefe von größer als 500 Nanometer in dem Silizium-Substrat auf. Vorzugsweise ist die Galliumdotierung bis zu einer Tiefe von größer als 2 Mikrometer (μm) vorgesehen. Beispielsweise kann die Galliumdotierung bis in eine Tiefe von 2 bis 5 μm vorgesehen sein. Denkbar sind auch Tiefen der Galliumdotierung von größer als 5 μm, insbesondere bis zu 20 μm. Vorteilhaft sind auf diese Weise hohe Gesamtkonzentrationen des Galliums im Substrat durch Ausbildung des Gallium-Rückseitenfeldes ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist eine Passivierschicht an der Substratrückseite vorgesehen. Insbesondere kann es sich bei der Solarzelle daher um eine PERC Solarzelle handeln. Vorteilhaft wird somit die Effizienz der Solarzelle erhöht. Sofern die Passivierschicht vor dem Eintreiben des Galliums aufgebracht wird, kann diese mit einer Strukturierung bzw. mit Ausnehmungen, insbesondere mittels Laserablation, versehen werden und das Gallium im Bereich der Ausnehmungen lokal eingetrieben werden. Sofern die Passivierung nach dem Eintreiben des Galliums aufgebracht wird, kann das Gallium vollflächig eingetrieben werden. Bei einer Ausführungsform – werden in diesem Fall nach dem Eintreiben sämtliche Gallium – rückstände vor dem Aufbringen der Passivierschicht entfernt, beispielsweise durch Rückätzen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Passivierschicht als Galliumoxidschicht ausgebildet. Auf diese Weise kann das Gallium-Rückseitenfeld durch Eintreiben von Gallium in das Silizium-Substrat hergestellt werden, ohne die Galliumoxidschicht anschließend entfernen zu müssen. Insbesondere kann das Gallium mit dem Eintreiben auch oxidiert werden, sodass die Galliumoxidschicht in einem Schritt mit dem Eintreiben ausgebildet wird. Somit kann vorteilhaft die Anzahl der Prozessschritte für die Herstellung der Solarzelle verringert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Silizium-Substrat eine Gallium-Konzentration größer als 1017 Atome pro Kubikzentimeter auf. Vorzugsweise ist die Konzentration größer als 1018 Atome pro Kubikzentimeter. Besonders hohe Konzentrationen sind möglich, wenn ein bereits auf herkömmliche Weise Gallium dotierter Wafer als Silizium-Substrat verwendet wird, und zusätzlich das Gallium-Rückseitenfeld vorgesehen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Gallium-Rückseitenfeld vollflächig in der obersten Schicht an der Substratrückseite des Silizium-Substrats vorgesehen. Auf diese Weise sind vorteilhaft hohe Gesamtkonzentrationen des Galliums im Silizium-Substrat möglich.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gallium-Rückseitenfeld lediglich abschnittsweise lokal in der obersten Schicht an der Substratrückseite des Silizium-Substrats vorgesehen. Insbesondere handelt es sich bei den lokalen Abschnitten des Gallium-Rückseitenfeldes um den Bereich von Ausnehmungen einer Passivierschicht. Die Ausnehmungen sind beispielsweise mittels Laserablation in die Passivierschicht eingebracht. Vorteilhaft kann auf diese Weise eine PERC Solarzelle mit hoher Effizienz und ohne die negativen Rekombinationseigenschaften von Aluminium bereitgestellt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens ist nach dem Eintreiben ein Schritt des Entfernens von Rückständen des Galliums vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich werden bei dem Schritt des Entfernens Rückstände eine Gallium-Silizium-Legierung entfernt, welche bei dem Eintreiben entstanden ist oder entstehen kann. Vorteilhaft kann das Substrat somit in herkömmlicher Weise weiter prozessiert werden, ohne dabei auf den niedrigen Schmelzpunkt des Galliums bzw. Gallium-Silizium-Eutektikums Rücksicht nehmen zu müssen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Gallium während des Eintreibens zur Ausbildung einer Passivierschicht oxidiert. Insbesondere entsteht dabei eine ganzflächige Ga2O3 Schicht. Besonders vorteilhaft wird somit gleichzeitig das Gallium zum Ausbilden eines Gallium-Rückseitenfeldes in das Substrat eingetrieben und eine Passivierschicht gebildet. Vorteilhaft kann somit ein weiterer Schritt des Aufbringens einer Passivierschicht entfallen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Eintreiben des Galliums in das Silizium-Substrat eine Behandlung durch hohe Temperatur bzw. Glühen, Laserstrahl, Blitzlampe und/oder Feuern. Beispielsweise kann reines Gallium durch Glühen, Feuern, Blitzlampe oder Laser eingetrieben werden. Aus einer eine Galliumverbindung enthaltenen Passivierschicht kann das Gallium beispielsweise thermisch, d. h. durch hohe Temperatur, mittels Laser, oder mittels Blitzlampe in das Silizium-Substrat eingetrieben werden. Falls das Gallium beim Eintreiben zu einer Passivierschicht oxidiert werden soll, wird das Eintreiben vorzugsweise thermisch vorgenommen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird das Gallium bei dem Eintreiben in eine Tiefe größer als 500 Nanometer eingetrieben. Insbesondere ist die Tiefe größer als 2 Mikrometer.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind sämtliche Merkmale einer Solarzelle auf ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle übertragbar, und umgekehrt.
  • Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
  • INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
  • 1 Ein Phasendiagramm des Systems Silizium-Gallium;
  • 2A ein Silizium-Substrat mit aufgetragene Gallium-Schicht;
  • 2B das Silizium-Substrat gemäß 2A nach dem Eintreiben des Galliums;
  • 3A–3H Schritte zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4A–4F Schritte zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 5A–5H Schritte zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 6A–6F Schritte zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
  • Die beiliegenden Figuren der Zeichnung sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts anderes ausgeführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 1 zeigt ein Phasendiagramm des Systems Silizium-Gallium.
  • Auf der Rechtsachse bzw. Abszissenachse ist das Konzentrationsverhältnis zwischen Gallium und Silizium aufgetragen, wobei die untere Skala den Atomprozentanteil und die obere Skala den Gewichtsprozentanteil von Gallium repräsentiert.
  • Auf der Hochachse bzw. Ordinatenachse ist die Temperatur in Grad Celsius aufgetragen.
  • Die Soliduslinie S des Systems verläuft bei Konzentrationen bis zu 90 Atomprozent Gallium oberhalb von 1000°C. Dennoch existiert bei einem Anteil von 99,994 Atomprozent Gallium ein Eutektikum E, d. h. eine niedrigschmelzende flüssige Phase, bei einer Temperatur TSE von knapp unter 30°C (29,77 Celsius).
  • Aufgrund dieser Eigenschaft des Systems Silizium-Gallium ist eine Durchmischung der Elemente bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wenn auch mit sehr kleiner aber ausreichender Löslichkeit von Gallium in Silizium, ermöglicht.
  • Ferner weist Gallium bei niedrigeren Temperaturen eine vergleichsweise hohe Diffusionskonstante in Silizium auf. Die folgende Tabelle zeigt die unterschiedlichen effektiven Diffusionskonstanten Deff verschiedener Dotanden in Silizium bei einer bestimmten Temperatur unter Berücksichtigung der Aktivierungsenergie. Als Vergleich werden die Diffusionskonstanten von Phosphor (P), Bor (B) und Gallium (Ga) in Silizium gegenübergestellt:
    Deff [cm2/s) D820°c D850°c D900°c D1000°C
    P 2,31E–16 6,06E–16 2,71E–15 3,80E–14
    B 3,52E–18 1,05E–17 5,80E–17 1,17E–15
    Ga 6,94E–17 2,09E–16 1,16E–15 2,38E–14
  • Demgemäß weist Phosphor bei einer Temperatur von 820°C, was der Temperatur einer Emitterdiffusion entspricht, einen Wert auf, welcher von Gallium bereits bei 850°C ebenfalls erreicht wird. Bor benötigt hingegen für eine derartige Diffusionskonstante wesentlich höhere Temperaturen.
  • Der Vergleich zeigt, dass aus thermodynamischer Sicht eine Diffusion von Gallium deutlich der von Bor zu bevorzugen ist.
  • 2A zeigt ein Silizium-Substrat 2 mit aufgetragener Gallium-Schicht.
  • Es handelt sich um ein zur Herstellung einer Solarzelle 1 vorgesehenes Silizium-Substrat 2 mit einer Dicke d. Beispielsweise beträgt die Dicke d 160 μm.
  • An einer Substratrückseite 3 des Silizium-Substrat 2 ist eine Schicht Gallium 8 vollflächig aufgetragen. Beispielsweise kann diese Schicht Gallium 8 eine Dicke von 1 μm aufweisen.
  • 2B zeigt das Silizium-Substrat 2 gemäß 2A nach dem Eintreiben des Galliums 8.
  • Das Eintreiben ist hier mit den gewellten Pfeilen zwischen 2A und 2B symbolisiert und wird bei einer Temperatur T von beispielsweise 1200°C vorgenommen.
  • Durch das Eintreiben hat sich in den Silizium-Substrat 2 an dessen Substratrückseite 3 ein Gallium-Rückseitenfeld 4, das heißt ein mit Gallium hochdotierter Abschnitt, ausgebildet.
  • Auf diese Weise kann eine Solarzelle hergestellt werden, die an der Substratrückseite 3 des Silizium-Substrats 2 ein Gallium-Rückseitenfeld 4 aufweist.
  • Die 3A–3H zeigen Schritte zum Herstellen einer Solarzelle 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen PERC Prozess, das heißt einen Herstellungsprozess einer Solarzelle mit lokaler Ausbildung eines Gallium-Rückseitenfeldes (GA-BSF) in einem einkristallinen Wafer. Beispielsweise kann es dich um einen CZ-Wafer, FZ-Wafer, Quasi-Monokristallinen Wafer, oder dergleichen handeln.
  • Eine Übertragung des Ausführungsbeispiels auf multikristalline (mc) Wafer ist aber selbstverständlich ebenso möglich.
  • 3A zeigt einen Schritt des Bereitstellens eines Silizium-Substrats 2.
  • Dieser beinhaltet insbesondere einen Schritt des Reinigens bzw. der Sägeschadenätze eines Wafers. Dieser wird mit einer alkalischen Textur versehen und einer Emitterdiffusion unterzogen. Darüber hinaus finden die Schritte der Kantenisolation, der Phosphorglasätze und der Rückseitenpolitur statt. Diese Schritte können bei einer Ausführungsform gleich wie bei einem herkömmlichen Herstellungsprozess eines Substrats für eine Solarzelle vorgenommen werden.
  • 3B zeigt einen darauffolgenden Schritt der Rückseitenpassivierung. Dazu wird eine Passivierschicht 6 direkt auf die Oberfläche der Substratrückseite 3 aufgebracht. Bei der Passivierschicht handelt es sich beispielsweise um Siliziumnitrid (SiN bzw. Si3N4).
  • 3C zeigt einen Schritt der Strukturierung der Passivierschicht 6. Diese wird vorzugsweise durch Laserablation durchgeführt, wobei eine Ausnehmung 9 in die Passivierschicht 6 eingebracht wird.
  • Die beiden Schritte gemäß 3B und 3C können bei einer Ausführungsform gleich wie zur Herstellung einer herkömmlichen PERC Solarzelle vorgenommen werden.
  • 3D zeigt einen Schritt des vollflächigen Aufbringens von Gallium. Dieser Schritt stellt einen Unterschied des Verfahrens zum Herstellungsprozess herkömmlicher PERC Solarzellen dar.
  • Das vollflächige Aufbringen des Galliums kann auf unterschiedliche Weise, beispielsweise durch PVD, CVD, Siebdruck oder Tintenstrahldruck vorgenommen werden. Die Ausnehmung 9 wird dabei mit Gallium 8 gefüllt.
  • 3E zeigt den Schritt des Eintreibens des Galliums.
  • Auch dieser Schritt stellt einen Unterschied des Verfahrens zum Herstellungsprozess herkömmlicher PERC Solarzellen dar.
  • Das Eintreiben erfolgt hier beispielsweise thermisch, d. h. durch Glühen des Substrats. Alternativ oder zusätzlich zum Glühen kann auch eine Laserbehandlung zum Eintreiben vorgesehen sein.
  • Bei dem Eintreiben bildet sich ein Eutektikum, d. h. eine flüssige Phase einer Gallium-Silizium-Verbindung, und es findet Diffusion von Galliumatomen in das Silizium-Substrat statt. Der Diffusionsprozess wird durch die Verflüssigung beschleunigt und intensiviert.
  • Beim Erstarren der Schmelze findet ein Entmischungsprozess statt, wobei sich das Gallium-Rückseitenfeld 4 sowie Gallium-Silizium-Mischphasen bzw. Legierungen bilden.
  • Auf diese Weise wird das reine Silizium-Substrat 2 bis in eine Tiefe 5 von > 500 nm, beispielsweise 2 μm, mit Galliumatomen dotiert. Somit wird ein Gallium-Rückseitenfeld 4 gebildet.
  • 3F zeigt einen Schritt des Entfernens von Rückständen 8' des Galliums und beim Eintreiben entstandener Gallium-Silizium Legierung.
  • Auch dieser Schritt stellt einen Unterschied des Verfahrens zum Herstellungsprozess herkömmlicher PERC Solarzellen dar. Beispielsweise erfolgt das Entfernen der Rückstände 8' durch Rückätzen.
  • Nach dem Entfernen der Rückstände 8' verbleibt nunmehr lediglich das Gallium-Rückseitenfeld 4, das heißt mit Galliumatomen dotiertes Silizium-Substrat 2. Im Übrigen ist sämtliches Gallium entfernt.
  • 3G zeigt einen Schritt des Metallisierens der Substratrückseite 3.
  • Es ist hier lediglich der Bereich der Substratrückseite 3 dargestellt, wobei ein Bereich einer Vorderseite nicht dargestellt ist.
  • Wie bei dem Herstellungsprozess einer herkömmlichen PERC Solarzelle wird vor oder nach dem dargestellten Schritt des Metallisierens der Substratrückseite die nicht dargestellte Vorderseite behandelt. Dazu wird die nicht dargestellte Vorderseite üblicherweise mit einem selektiven Emitter versehen und eine Antireflexschicht, beispielsweise aus Siliziumnitrit, auf der Vorderseite aufgebracht. Ferner wird eine Metallisierung der Vorderseite mittels Aufbringen eines sogenannten Grids durch Siebdruck, Aufbringen von Silberpads zur Kontaktierung sowie Feuern des Substrats vorgenommen.
  • Die hier in 3 dargestellte Metallisierung der Rückseite wird vorzugsweise durch einen sogenannten „Plating” Prozess vorgenommen. Hierzu wird auf der zu metallisierenden Fläche zunächst eine Startschicht aufgebracht. Diese kann z. B. aus außenstromlos abgeschiedenem Nickel („Stromlos Nickel”) oder aus kolloidalem Palladium bestehen. Hierzu wird der Gallium-dotierte Wafer in ein entsprechendes Bad getaucht, welches ein Nickelsalz (z. B. NiCl2) und eine Reduktionsmittels (z. B. NaH2PO2) enthält. Beim Erwärmen des Bades reduziert das Natriumhypophosphit das Ni2+-Ion zu metallischem Nickel, welches sich auf der Waferoberfläche als Nickelschicht 13 abscheidet.
  • Im Falle des Vorliegens einer Passivierschicht 6, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, erfolgt die Abscheidung lediglich im Bereich der Ausnehmungen 9.
  • Für die Erzielung der Querleitfähigkeit wird auf der Nickelschicht 13 Kupfer oder Silber abgeschieden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird auf diese Weise eine Kupferschicht 14 auf der Nickelschicht 13 aufgebracht.
  • Zur besseren Lötbarkeit und zur Vermeidung von Korrosion wird die Kupferschicht 14 nochmals mittels einer galvanischen oder stromlos abgeschiedenen Deckschicht 15, beispielsweise aus Silber (Ag), Zinn (Sn) oder Nickel (Ni), abgeschlossen.
  • Für die Kontaktausbildung wird der Wafer auf ca. 200–400°C erwärmt, wodurch sich ein sehr gut kontaktierendes Nickelsilizid bildet. Die thermische Behandlung kann unmittelbar nach dem Nickel-Plating, vorteilhafterweise aber auch nach der Abscheidung der Gesamtschicht 13, 14, 15 erfolgen.
  • Somit ist die Solarzelle 1 fertiggestellt.
  • Alternativ zu einem Plating-Prozess kann die Rückseiten-Metallisierung auch durch Aufdampfen oder durch Siebdruck nicht-feuernder Paste vorgenommen werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen: Beispiel für einen PERC Prozess (einkristalliner Wafer) mit lokaler Ga-BSF (Gallium-Rückseitenfeld) Ausbildung
    • • Sägeschadenätze
    • • Alkalische Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Rückseitenpassivierung (SiN)
    • • Laserablation
    • • Aufbringen von vollflächigem Ga (PVD/CVD/Siebdruck/Tintenstrahldruck)
    • • Eintreiben des Ga aus der Oxidschicht (Thermisch, Laser) zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm über ein Eutektikum
    • • Rückätzen von Ga-Rückständen
    • • Selektiver Emitter
    • • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Beispiel für einen mc-PERC Prozess (multikristalliner Wafer) mit lokaler Ga-BSF Ausbildung
    • • Saure Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Rückseitenpassivierung SiN
    • • Laserablation
    • • Aufbringen von vollflächigem Ga (PVD/CVD/Siebdruck/Tintenstrahldruck)
    • • Eintreiben des Ga aus der Oxidschicht (Thermisch, Laser) zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm über ein Eutektikum
    • • Rückätzen von Ga-Rückständen
    • • Selektiver Emitter
    • • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Die 4A–4F zeigen Schritte zum Herstellen einer Solarzelle 1' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich hier um eine Solarzelle 1' ohne Rückseitenpassivierung.
  • Bei dem Silizium-Substrat 2 kann es sich hier ebenfalls um einen einkristallinen Wafer oder um einen multikristallinen Wafer handeln.
  • Hier wird das Gallium 8 gemäß 4B vollflächig direkt auf das Silizium-Substrat 2 aufgetragen. Dementsprechend wird ein Gallium-Rückseitenfeld 4 ebenfalls vollflächig über die gesamte Rückseite 3 erzeugt, siehe 4 C. Das Eintreiben kann beispielsweise durch Feuern und/oder mittels einer Blitzlampe vorgenommen werden.
  • Auch hier werden anschließend die Schritte des Entfernens von Rückständen 8' des Galliums und Gallium-Silizium Legierung, siehe 4D, sowie des Metallisierens der Substrat-Rückseite, wie in den 4E und 4F gezeigt, vorgenommen.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen:
    Bei einem Beispiel für einen CZ-Ga-BSF-Prozess (Monokristalliner CZ-Wafer mit Gallium-Rückseitenfeld)
    • • Sägeschadenätze
    • • Alkalische Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Vorderseiten SiN (Antireflexschicht)
    • • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite
    • (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
    • • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
    • • Entfernen der Legierung aus Ga und Si
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Bei einem Beispiel für einen mc-Ga-BSF Prozess (Multikristalliner Wafer mit Gallium-Rückseitenfeld)
    • • Saure Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Vorderseiten SiN (Antireflexschicht)
    • • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
    • • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
    • • Entfernen der Legierung aus Ga und Si
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Die 5A–5H zeigen Schritte zum Herstellen einer Solarzelle 1'' gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den ersten beiden Ausführungsbeispielen dadurch, dass anstatt einer Schicht mit Gallium 8 eine Passivierschicht 12, welche eine Galliumverbindung 11 enthält, als Opferpassivierung auf das Silizium-Substrat 2 aufgebracht wird, siehe 5B.
  • Bei der Galliumverbindung 11 handelt es sich beispielsweise um Gallium(III)-Oxid (Ga2O3) und/oder um Gallium-Trichlorid (GaCl3).
  • Bei dem Silizium-Substrat 2 kann es sich hier wieder um einen einkristallinen Wafer oder um einen multikristallinen Wafer handeln.
  • Aus der Passivierschicht 12 wird durch Feuern und/oder mittels Blitzlampe Gallium in das Silizium-Substrat 2 eingetrieben, wie in 5C dargestellt. Anschließend werden Rückstände 11' der Galliumverbindung 11 entfernt, beispielsweise durch Rückätzen.
  • Auf das so entstandene vollflächige Gallium-Rückseitenfeld 4 wird dann in herkömmlicher Weise eine Passivierschicht 6 aufgebracht, siehe 5E, welche dann mit Ausnehmungen 9 strukturiert wird, siehe 5F.
  • Anschließend wird eine Rückseiten-Metallisierung vorgenommen, wie in den 5G und 5H dargestellt.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen: Bei einem Beispiel für einen PERC Prozess (einkristalliner Wafer) mit Ga2O3/GaCl3-Opfer-Passivierung
    • • Sägeschadenätze
    • • Alkalische Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Opferpassivierung mit Ga2O3/GaCl3 (z. B. PVD/CVD)
    • • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
    • • Rückätzen von Ga-Rückständen
    • • Rückseitenpassivierung SiN
    • • Laserablation
    • • Selektiver Emitter
    • • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Bei einem Beispiel für einen mc-PERC Prozess (multikristalliner Wafer) mit Ga2O3/GaCl3-Opferpassivierung
    • • Saure Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Opferpassivierung mit Ga2O3/GaCl3 (z. B. PVD/CVD)
    • • Eintreiben durch Feuern, Blitzlampe zur Bildung eines BSFs mit Dicke > 500 nm
    • • Rückätzen von Ga-Rückständen
    • • Rückseitenpassivierung SiN
    • • Laserablation
    • • Selektiver Emitter
    • • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Die 6A–6F zeigen Schritte zum Herstellen einer Solarzelle 1''' gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen bildet das Gallium hier sowohl ein Rückseitenfeld 4 als auch eine bleibende Passivierschicht 10 aus.
  • Das Gallium 8 wird hier analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel vollflächig direkt auf das Silizium-Substrat 2 an dessen Substratrückseite 3 aufgebracht. Im Unterschied wird das Gallium hier jedoch in einem gemeinsamen Schritt zur Ausbildung des Gallium-Rückseitenfeldes 4 eingetrieben und zur Ausbildung einer Passivierschicht 10 oxidiert. Mit der Passivierschicht 10 wird hier die Rückseiten Passivierung der Solarzelle 1''' gebildet.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das Herstellungsverfahren somit beispielhaft die folgenden Schritte aufweisen:
    Beispiel für einen PERC-Prozess (einkristalliner Wafer), bei dem Ga sowohl ein BSF als auch eine Passivierschicht ausbildet
    • • Sägeschadenätze
    • • Alkalische Textur
    • • Emitterdiffusion
    • • Kantenisolation/Phosphorglasätze/Rückseitenpolitur
    • • Aufbringen des Galliums vollflächig auf der Rückseite (PVD, CVD, Sputtern, Tauchen, Tintenstrahldruck, Siebdruck)
    • • Thermisches Eintreiben und Oxidieren des Ga zur gleichzeitigen Ausbildung eines Ga-BSFs mit Dicke > 500 nm und einer Ga2O3-Schicht
    • • Laserablation
    • • Selektiver Emitter
    • • Antireflexschicht auf der Vorderseite (SiN)
    • • Siebdruck Vorderseiten-Grid/Feuern
    • • Platen von Nickel/Bildung von NixSiy thermisch/Platen von Kupfer
    • • Deckschicht Zinn zum Löten
  • Bei allen vier Ausführungsformen kann das Aufbringen des Galliums auf den Wafer auch mittels Rotationsbeschichten („Spincoating”) erfolgen. Hierzu wird auf den rotierenden, über 30°C warmen Wafer eine bestimmte Menge Ga-Schmelze aufgebracht. Aufgrund der Zentrifugalkraft wird die Schmelze dabei gleichmäßig über den Wafer verteilt. Selbstverständlich kann Gallium auch als Emulsion oder Lösung eines seiner Verbindungen aufgebracht werden.
  • Zum Aufbringen und Eintreiben existieren ebenfalls bevorzugte Alternativen: So ist zum Eintreiben von Gallium aus einer Ga2O3/GaCl3 Opferpassivierung das Aufbringen mittels CVD und Eintreiben mittels Blitzlampe eine effektive Kombination. Für reines Gallium ist das Aufbringen mittels Spincoating und Eintreiben mittels Feuern effektiv.
  • Als Siebdruckpasten für die Metallisierung kommen vor allem silberhaltige Pasten in Frage. Diese werden Temperaturen von 800–900°C gefeuert und bilden mit Silizium kein Eutektikum.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • Beispielsweise ist die Ausbildung des Gallium-Rückseitenfeldes auch für bifaziale Solarzellen möglich. Dafür wird die vollflächige Rückseitenmetallisierung durch ein Finger-Layout ersetzt.
  • Die Metallisierung kann bei unterschiedlichen Ausführungsformen sowohl lokal (LCO's) als auch ganzflächig erfolgen. Bei weiteren Ausführungsformen kann eine gleichzeitige Metallisierung beider Seiten des Silizium-Substrats 2 vorgesehen werden, was eine besonders wirtschaftliche Alternative darstellt. Diese Variante eignet sich besonders für die Herstellung bifazialer Solarzellen.
  • Beispielsweise braucht man aber auch bei einer Solarzelle, die ein Substrat mit p-Typ-Dotierung nutzt und bei der der Emitter auf der Rückseite ausgebildet wird, auf der Vorderseite ein sogenanntes Front Surface Field vom p-Typ. Hierzu kann ebenfalls das galliumdotierte Gebiet vollflächig oder lokal an der Vorderseite, d. h. als Vorderseitenfeld bzw. Front Surface Field, ausgebildet werden.
  • Ferner kann ein Gallium-hochdotierter Bereich auch als Emitter auf der Vorderseite ausgebildet werden. Wenn es sich um einen n-Typ-Wafer handelt (d. h. die Basis ist n-Typ dotiert), dann handelt es sich bei dem Emitter auf der Vorderseite um einen p+-dotierten Bereich. Hier kann Gallium als Dotierelement genutzt werden.
  • Generell sollte bei der Herstellung das Gallium oder eine Galliumverbindung keinem Hochtemperaturschritt ausgesetzt werden. Lediglich mit Gallium dotiertes Silizium, das heißt ein Gallium-Rückseitenfeld, kann Hochtemperaturschritten ausgesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Solarzelle
    1'
    Solarzelle
    1''
    Solarzelle
    1'''
    Solarzelle
    2
    Silizium-Substrat
    3
    Substratrückseite
    4
    Gallium-Rückseitenfeld
    5
    Tiefe
    6
    Passivierschicht
    7
    oberste Schicht
    8
    Gallium
    8'
    Rückstände
    9
    Ausnehmungen
    10
    Passivierschicht
    11
    Galliumverbindung
    11'
    Rückstände
    12
    Passivierschicht
    13
    Nickelschicht
    14
    Kupferschicht
    15
    Deckschicht
    d
    Dicke
    E
    Eutektikum
    S
    Soliduslinie
    T
    Temperatur
    TSE
    Temperatur
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202015101360 U1 [0003]
    • DE 202015103803 U1 [0005]

Claims (14)

  1. Solarzelle (1; 1'; 1''; 1'''), mit einem Silizium-Substrat (2), welches eine Substratrückseite (3) aufweist, wobei an der Substratrückseite (3) ein Gallium-Rückseitenfeld (4) vorgesehen ist.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium-Rückseitenfeld (4) eine Gallium-Dotierung bis zu einer Tiefe (5) von größer als 500 Nanometer, insbesondere größer als 2 Mikrometer, in dem Silizium-Substrat (2) aufweist.
  3. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Passivierschicht (6; 10) an der Substratrückseite (3) vorgesehen ist.
  4. Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierschicht (10) als Galliumoxidschicht ausgebildet ist.
  5. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silizium-Substrat (2) eine Gallium-Konzentration größer als 1017 Atome pro Kubikzentimeter, insbesondere größer als 1018 Atome pro Kubikzentimeter, aufweist.
  6. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium-Rückseitenfeld (4) vollflächig in der obersten Schicht an der Substratrückseite (3) des Silizium-Substrats (2) vorgesehen ist.
  7. Solarzelle nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium-Rückseitenfeld (4) lediglich abschnittsweise lokal in der obersten Schicht (7) an der Substratrückseite (3) des Silizium-Substrats (2) vorgesehen ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1), insbesondere einer Solarzelle (1) nach Anspruch 7, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium (8) auf eine mit Ausnehmungen (9) strukturierte Passivierschicht (6), welche an der Rückseite eines Silizium-Substrats (2) vorgesehen ist; und Eintreiben des Galliums (8) als Dotierung in das Silizium-Substrat (2) im Bereich der Ausnehmungen (9) zur Bildung eines lokalen Gallium-Rückseitenfeldes (4).
  9. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1'; 1'''), insbesondere einer Solarzelle (1'; 1''') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: Aufbringen von Gallium (8) vollflächig direkt auf die Substratrückseite (3) eines Silizium-Substrats (2); und Eintreiben des Galliums (8) als Dotierung in das Silizium-Substrat (2) zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes (4).
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Eintreiben ein Schritt des Entfernens von Rückständen (8') des Galliums und/oder von beim Eintreiben entstandener Gallium-Silizium Legierung vorgesehen ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium (8) während des Eintreibens zur Ausbildung einer Passivierschicht (10) oxidiert wird, insbesondere zu einer ganzflächigen Gallium(III)-Oxidschicht.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (1''), insbesondere einer Solarzelle (1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit den Schritten: Aufbringen einer eine Galliumverbindung (11) aufweisenden Passivierschicht (12) direkt auf die Substratrückseite (3) eines Silizium-Substrats (2); Eintreiben von Gallium aus der Passivierschicht als Dotierung in das Silizium-Substrat (2) zur Bildung eines Gallium-Rückseitenfeldes (4); und Entfernen von Rückständen (11') der Galliumverbindung.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintreiben des Galliums (8) in das Silizium-Substrat (2) eine Behandlung durch hohe Temperatur, Laserstrahl, Blitzlampe und/oder Feuern umfasst.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium (8) bei dem Eintreiben in eine Tiefe (5) größer als 500 Nanometer, insbesondere größer als 2 Mikrometer, in das Silizium-Substrat (2) eingetrieben wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767022A (zh) * 2018-06-22 2018-11-06 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 P型晶体硅太阳能电池及制备方法、光伏组件
WO2020169150A1 (de) * 2019-02-20 2020-08-27 Hanwha Q Cells Gmbh Verfahren zur herstellung einer perc-solarzelle und perc-solarzelle
EP3783668A4 (de) * 2018-06-22 2022-02-16 Jingao Solar Co., Ltd. Kristalline siliziumsolarzelle und verfahren zu ihrer herstellung und fotovoltaische anordnung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015101360U1 (de) 2015-03-17 2015-03-26 Solarworld Innovations Gmbh Solarzelle
DE202015103803U1 (de) 2014-12-10 2015-08-07 Solarworld Innovations Gmbh Bifaziale Solarzelle und Photovoltaikmodul

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202015103803U1 (de) 2014-12-10 2015-08-07 Solarworld Innovations Gmbh Bifaziale Solarzelle und Photovoltaikmodul
DE202015101360U1 (de) 2015-03-17 2015-03-26 Solarworld Innovations Gmbh Solarzelle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767022A (zh) * 2018-06-22 2018-11-06 晶澳（扬州）太阳能科技有限公司 P型晶体硅太阳能电池及制备方法、光伏组件
EP3783668A4 (de) * 2018-06-22 2022-02-16 Jingao Solar Co., Ltd. Kristalline siliziumsolarzelle und verfahren zu ihrer herstellung und fotovoltaische anordnung
US11444212B2 (en) 2018-06-22 2022-09-13 Jingao Solar Co., Ltd. Crystalline silicon solar cell and preparation method therefor, and photovoltaic module
WO2020169150A1 (de) * 2019-02-20 2020-08-27 Hanwha Q Cells Gmbh Verfahren zur herstellung einer perc-solarzelle und perc-solarzelle

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