DE102016222175A1 - Verfahren zum Aufbringen von Ladungsträger-selektiven Kontakten auf Solarzellen - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Ladungsträger-selektiven Kontakten auf einer Solarzelle, umfassend:Bereitstellen einer Solarzelle, die eine dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist,lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird,Bildung eines Halbleiters in den Aussparungen,galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem Halbleiter.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Ladungsträger-selektiven Kontakten auf einer Solarzelle. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Solarzelle, die solche Ladungsträger-selektiven Kontakte aufweist.
  • Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt maßgeblich davon ab, wie gut es gelingt, das Licht in die Zelle einzukoppeln und dort Ladungsträgerpaare (Elektron-Loch-Paare) zu generieren. Diese müssen anschließend möglichst verlustfrei die elektrischen Kontakte erreichen.
  • Eine der Verlustquellen in Solarzellen ist die Rekombination von Elektron-Loch Paaren. Insbesondere an der Oberfläche des Siliziums bzw. der Grenzfläche zwischen Silizium und einem benachbarten Material kann es zu relativ hohen Rekombinationsverlusten kommen. Beispielsweise werden zum Abgreifen des in der Solarzelle erzeugten Stroms der Solarzellenemitter und ein Metall elektrisch miteinander kontaktiert. An der Grenzfläche von Solarzellen-Emitter und Metallkontakt treten dann unerwünschte Ladungsträgerrekombinationen auf.
  • Verschiedene Ansätze sind bekannt, um die Rekombinationsverluste möglichst gering zu halten.
  • Durch das Aufbringen einer geeigneten dielektrischen Passivierungsschicht (z.B. auf dem Emitter der Solarzelle) wird eine Absättigung offener Bindungen erzielt, was sich wiederum vorteilhaft auf die Rekombinationsverluste auswirkt. Die dielektrischen Passivierungsschichten können beispielsweise durch Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid gebildet werden. Optional enthalten diese dielektrischen Passivierungsschichten außerdem Wasserstoff, durch den die Absättigung offener Verbindungen weiter verbessert wird (z.B. a-SiNx:H oder a-SiOx:H). Dielektrische Passivierungsschichten und Methoden zu ihrer Herstellung auf Solarzellen werden beispielsweise von S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments") in „Comprehensive Renewable Energy", Elsevier Science & Technology (2012) und J. Yi et al., Trans. Electr. Electron. Mater., 16(5), 2015, S. 227-233 beschrieben.
  • Um außerdem optische Verluste möglichst gering zu halten, kann beispielsweise zusätzlich eine Antireflexionsschicht (z.B. aus einem dielektrischen Material wie Siliziumnitrid) aufgebracht. Die dielektrische Passivierungsschicht sowie die Antireflexionsschicht bilden dann gemeinsam die dielektrische Beschichtung der Solarzelle.
  • Da die dielektrische Beschichtung elektrisch nicht leitend ist, muss durch geeignete Maßnahmen sichergestellt werden, dass zwischen dem Halbleitermaterial der Solarzelle (z.B. dem Emitter der Solarzelle) und dem Metallkontakt der Solarzelle ein ausreichend guter elektrischer Kontakt besteht, um ein effizientes Abgreifen des erzeugten Stroms zu gewährleisten.
  • Bekannt ist beispielsweise die Verwendung einer Silber-haltigen Siebdruckpaste, die in definierten Bereichen auf der dielektrischen Beschichtung aufgebracht wird und bei ausreichend hoher Temperatur (z.B. 800°C) die dielektrische Beschichtung durchätzt, so dass die Ag-Partikel mit dem Halbleitermaterial der Solarzelle (z.B. dem Si-Emitter) in Kontakt kommen. Siehe z.B. S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments"), Seite 14, in „Comprehensive Renewable Energy", Elsevier Science & Technology (2012).
  • Bei dieser Art der Kontaktierung bildet sich aber wieder eine Silizium-Metall-Grenzfläche, an der es zu hohen Rekombinationsverlusten kommen kann. Um die Rekombination von Elektron-Loch-Paaren an der Grenzfläche zwischen dem Emitter (z.B. eine n- oder p-dotierte Siliziumschicht) der Solarzelle und dem Metall zu reduzieren, ist bekannt, den Emitter in diesem Bereich selektiv mit einer höheren Dotierung zu versehen. Dies wird auch als „selektiver Emitter“ bezeichnet. Hierfür müssen aber die Metallkontakte präzise auf den Bereichen des Emitters aufgebracht werden, die den erhöhten Dotierungsgrad aufweisen, Dies stellt eine wesentliche Beeinträchtigung der Verfahrenseffizienz dar.
  • Weiterhin ist bekannt, Rekombinationsverluste an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers einer Solarzelle durch Aufbringen Ladungsträger-selektiver Schichten zu reduzieren. Eine Ladungsträger-selektive Schicht (auch als Ladungs-selektiver Kontakt bezeichnet) lässt aufgrund ihrer elektronischen Bandstruktur im Wesentlichen nur einen Ladungsträgertyp passieren, so dass am eigentlichen Kontakt die Ladungsträgerrekombination effektiv unterdrückt wird.
  • Geeignete Materialien für die Ausbildung Ladungsträger-selektiver Schichten in Solarzellen sind dem Fachmann bekannt. Beispielhaft können in diesem Zusammenhang organische oder anorganische Halbleiter wie Titanoxid, Zinkoxid, Nickeloxid, Vanadiumoxid, Wolframoxid oder Molybdänoxid oder elektrisch leitfähige Polymere wie z.B. Poly-3,4-ethylendioxythiophen („PEDOT“, beispielsweise als Gemisch von PEDOT und Polystyrolsulfonat, PEDOT:PSS) genannt werden. Eine mehrlagige Ladungsträger-selektive Beschichtung kann beispielsweise eine sehr dünne Tunneloxid-Schicht und eine darauf aufgebrachte dotierte Silicium-Schicht umfassen. L.G. Gerling et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 145, 2016, S. 109-115, beschreiben die Verwendung von Übergangsmetalloxiden als Ladungsträger-selektive Schichten in Silizium-Heterojunction-Solarzellen. F. Feldmann et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 131, 2014, S. 100-104, beschreiben ein Ladungsträger-selektives Schichtsystem, das eine sehr dünne Schicht eines Tunneloxids und eine darauf aufgebrachte dotierte Siliziumschicht enthält. Die ladungsträgerselektiven Eigenschaften von halbleitenden Oxiden werden beispielsweise auch von N.K. Elumalai et al., Mater. Renew. Sustain. Energy (2015) 4: 11, und S. Chen et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, S. 24202-24212 beschrieben.
  • Die Ladungsträger-selektiven Schichten werden üblicherweise vollflächig auf (Vorder- und/oder Rückseite) der Solarzelle abgeschieden. Aufgrund der halbleitenden Eigenschaften führen solche Schichten jedoch zu optischen Verlusten. Um diese optischen Verluste möglichst gering zu halten (insbesondere auf der Vorderseite der Solarzelle), müsste die Ladungsträger-selektiven Schicht in den Bereichen, in denen kein Metallkontakt vorliegt, nachträglich wieder abgetragen werden. Dies könnte jedoch die Verfahrenseffizienz beeinträchtigen. Bisher bekannt sind daher nur Solarzellen mit Metallkontakten auf beiden Seiten, bei welchen auf der Vorderseite entweder ganzflächig ein Ladungsträger-selektiver Kontakt aufgebracht wird oder auf diesen für die Vorderseite ganz verzichtet wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Aufbringen von Ladungsträgerselektiven Kontakten auf einer Solarzelle durch ein möglichst einfaches und effizientes Verfahren. Dabei sollte möglichst eine Solarzelle erhalten werden, deren Struktur die Gefahr von Verlusten durch Ladungsträgerrekombination reduziert, dies aber nicht auf Kosten nachteiliger optischer Eigenschaften erreicht wird.
  • Gelöst wird die Aufgabe in der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Aufbringen von Kontakten auf einer Solarzelle, umfassend:
    • - Bereitstellen einer Solarzelle, die eine ein- oder mehrlagige dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist,
    • - lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird,
    • - Bildung eines Halbleiters in den Aussparungen, indem die Aussparungen mit einem Elektrolytbad, das einen redox-aktiven Precursor des Halbleiters enthält, kontaktiert werden und die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer Spannung beaufschlagt wird, so dass eine elektrochemische Abscheidung in den Aussparungen erfolgt,
    • - galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem Halbleiter.
  • Alternativ wird die Aufgabe in der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Aufbringen von Ladungsträger-selektiven Kontakten auf einer Solarzelle, umfassend:
    • - Bereitstellen einer Solarzelle, die eine ein- oder mehrlagige dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist,
    • - lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird,
    • - Aufbringen zumindest einer Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und den Aussparungen,
    • - in Kontakt bringen der Halbleiterschicht mit einem Elektrolytbad, das Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung und/oder ein Ätzmittel enthält, wobei die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Elektrolytbad beaufschlagt ist.
  • In den erfindungsgemäßen Lösungen wird zunächst eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, hergestellt. Dadurch werden auf der Oberfläche der Solarzelle Bereiche mit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit erhalten. Die Bereiche der Solarzellenoberfläche, auf denen die dielektrische Beschichtung noch vorliegt, sind elektrisch isolierend, während die von der dielektrischen Beschichtung befreiten Bereiche der Solarzelle eine gewisse Leitfähigkeit aufweisen. Diese Bereiche unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit können in anschließenden elektrochemischen Verfahrensschritten, bei denen die Solarzelle mit einer Spannung gegenüber einem Elektrolytbad beaufschlagt wird, genutzt werden, um
    • - einen Halbleiter gezielt in den Aussparungen abzuscheiden, während eine elektrochemische Abscheidung auf dem dielektrischen Material im Wesentlichen unterbleibt (Lösungsvariante 1) oder
    • - eine zuvor vollflächig aufgebrachte Halbleiterschicht selektiv in den Bereichen der dielektrischen Beschichtung entfernt wird, der Halbleiter jedoch in den Aussparungen verbleibt (Lösungsvariante 2).
  • In beiden Fällen wird auf dem Halbleiter-Wafer einer Solarzelle (im Fall einer Silizium-Solarzelle auf dem Silizium-Wafer) eine strukturierte dielektrische Beschichtung erhalten, die durch eine oder mehrere Aussparungen, in denen sich jeweils ein Halbleiter befindet, unterbrochen wird. Aufgrund der ausreichenden Leitfähigkeit der in den Aussparungen befindlichen Halbleitern kann anschließend selektiv auf diesen Bereichen ein als elektrischer Kontakt fungierendes Metall galvanisch abgeschieden werden.
  • Wie einleitend bereits erwähnt, können geeignete Halbleiter als Ladungsträger-selektive Kontakte fungieren, die einen unmittelbaren Kontakt des Halbleiter-Wafers der Solarzelle mit dem Metall verhindern und aufgrund ihrer Ladungsträgerselektivität die Rekombinationsverluste reduzieren. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gelingt es auf einfache und effiziente Weise, die Ladungsträger-selektiven Kontakte flächenmäßig begrenzt nur in den Bereichen auf der Solarzellenoberfläche auszubilden, die mit dem Metall kontaktiert werden. Somit kann der überwiegende Teil der Oberflächenbeschichtung aus dielektrischem Material wie z.B. Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid bestehen, wodurch optische Verluste gering gehalten werden.
  • Der Ausgangspunkt beider Verfahrensvarianten der vorliegenden Erfindung ist eine Solarzelle, die eine ein- oder mehrlagige dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist. Anschließend erfolgt ein lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird.
  • Die dielektrische Ausgangsbeschichtung liegt üblicherweise auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers (z.B. Silizium-Wafer) der Solarzelle vor.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Solarzelle um eine Silizium- Solarzelle.
  • Beispielsweise kann der Silizium-Wafer eine n-dotierte Basis und an seiner Vorderseite einen p-dotierten (z.B. Bor-dotierten) Emitter aufweisen. Silizium-Solarzellen mit n-dotierter Basis werden auch als n-Typ-Silicium-Solarzellen bezeichnet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Basis p-dotiert und der Vorderseiten-Emitter n-dotiert (z.B. Phosphor-dotiert) ist. Ebenso kann die Solarzelle auch einen rückseitigen Emitter aufweisen, wobei dann die vorderseitige Oberfläche denselben Dotiertyp wie die Basis aufweist. Üblicherweise wird in diesem Fall ein zusätzliches Front-Surface-Field, beispielsweise mittels thermischer Diffusion oder mittels Ionenimplantation auf der Vorderseite erzeugt. Dies ist eine Schicht mit Dotanten gleichen Typs, jedoch mit deutlich höherer Konzentration als in der Basis.
  • Bevorzugt ist der Silizium-Wafer der Solarzelle ein monokristalliner oder polykristalliner bzw. multikristalliner Silizium-Wafer. Im Fall eines polykristallinen Wafers weist dieser beispielsweise eine Kristallitgröße von mindestens 50 µm, bevorzugter mindestens 100 µm oder sogar mindestens 500 µm auf (z.B. bestimmt über REM).
  • Die dielektrische Ausgangsbeschichtung kann beispielsweise eine dielektrische Passivierungsschicht und/oder eine dielektrische Antireflexionsschicht aufweisen. Geeignete dielektrische Passivierungsschichten sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise durch Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid gebildet werden. Optional enthalten diese dielektrischen Passivierungsschichten außerdem Wasserstoff, durch den die Absättigung offener Verbindungen weiter verbessert wird (z.B. a-SiNx:H oder a-SiOx:H). Dielektrische Passivierungsschichten und Methoden zu ihrer Herstellung auf Solarzellen werden beispielsweise von S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments“) in „Comprehensive Renewable Energy“, Elsevier Science & Technology (2012) beschrieben.
  • Auch geeignete dielektrische Antireflexionsschichten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispielsweise ist die Antireflexionsschicht eine Siliciumnitrid-Schicht.
  • Die dielektrische Beschichtung der Solarzelle kann beispielsweise eine Dicke im Bereich von 1 nm bis 150 nm aufweisen. Enthält die dielektrische Beschichtung sowohl eine Passivierungsschicht wie auch eine Antireflexionsschicht, so weist sie beispielsweise eine Dicke im Bereich von 50 nm bis 150 nm oder 55 nm bis 120 nm auf Die Dicke kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden.
  • Die dielektrische Beschichtung liegt üblicherweise auf der Solarzellenvorderseite oder auf beiden Seiten der Solarzelle vor.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform weist der Silizium-Wafer der Solarzelle eine n-dotierte Basis und an seiner Vorderseite einen p-dotierten (insbesondere Bor-dotierten) Emitter auf und die dielektrische Beschichtung auf dem p-dotierten Emitter vor. Bevorzugt weist die dielektrische Beschichtung zumindest eine Passivierungsschicht (z.B. aus Aluminiumoxid) und zumindest eine Antireflexionsschicht (z.B. aus Siliziumnitrid) auf.
  • Solarzellen (z.B. Silizium-Solarzellen) mit dielektrischen Beschichtungen sind kommerziell erhältlich oder lassen sich durch Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, herstellen.
  • Die dielektrische Ausgangsbeschichtung wird lokal entfernt, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird.
  • Das lokale Entfernen der dielektrische Ausgangsbeschichtung in definierten Bereichen kann über bekannte Methoden (z.B. bekannte Verfahren zur Mikrostrukturierung) erfolgen. Beispielsweise erfolgt das lokale Entfernen durch Laserablation oder Ätzen (z.B. unter Verwendung einer Ätzmaske oder durch Drucken eines geeigneten Ätzmediums und nachfolgendes Spülen). Beim lokalen Entfernen des dielektrischen Materials durch Laserablation können Laserschäden im Silizium entstehen. Daher kann optional ein nachfolgendes Ätzen des Laserschadens durchgeführt werden.
  • In den Bereichen, in denen die dielektrische Ausgangsbeschichtung entfernt wurde, entstehen Aussparungen.
  • Bevorzugt erfolgt das lokale Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung über ihre ganze Höhe hinweg. Die Tiefe der Aussparung entspricht daher bevorzugt im Wesentlichen der Höhe der zuvor in diesem Bereich vorliegenden dielektrischen Ausgangsbeschichtung. Es ist also bevorzugt, dass die Oberfläche des Halbleiter-Wafers der Solarzelle in den Bereichen, in denen das lokale Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung erfolgt, freigelegt wird.
  • Bevorzugt werden weniger als 20% oder sogar weniger als 10% der Fläche der dielektrischen Ausgangsbeschichtung entfernt. Die Aussparungen können beispielsweise in Form linear verlaufender Gräben, die sich optional kreuzen, vorliegen. Die Aussparungen definieren beispielsweise die sogenannten Finger und Busbars an der Vorderseite der Solarzelle.
  • Nachfolgend werden die weiteren Verfahrensschritte der ersten Lösungsvariante der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie oben ausgeführt, erfolgt in den Aussparungen die Bildung eines Halbleiters, indem die Aussparungen mit einem Elektrolytbad, das einen redox-aktive Precursor bzw. eine redox-aktive Vorstufe des Halbleiters enthält, kontaktiert werden und die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer Spannung beaufschlagt wird, so dass eine elektrochemische Abscheidung in den Aussparungen erfolgt.
  • Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, kann das durch die elektrochemische Abscheidung unmittelbar erhaltene Produkt bereits der Halbleiter sein oder es wird optional noch eine geeignete Nachbehandlung, z.B. eine Oxidation, durchgeführt, um das unmittelbare elektrochemische Abscheidungsprodukt in den Halbleiter zu überführen.
  • Der aus dem redox-aktiven Precursor über eine elektrochemische Abscheidung herzustellende Halbleiter weist bevorzugt eine Bandlücke von mehr als 1,10 eV, bevorzugter von mindestens 1,20 eV auf. Beispielsweise weist der Halbleiter eine Bandlücke im Bereich von 1,20 eV bis 5,0 eV oder von 1,4 eV bis 4,0 eV auf.
  • Bevorzugt ist die Bandlücke des in den Aussparungen gebildeten Halbleiters größer als die Bandlücke des Halbleiterwafers. Die Bandlücke kann durch UV- und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (UPS/XPS) bestimmt werden.
  • Bevorzugt ist der aus dem redox-aktiven Precursor herzustellende Halbleiter ein Metalloxid, ein elektrisch leitfähiges Polymer, ein elementarer Halbleiter oder ein Carbid.
  • Ein geeignetes halbleitendes Metalloxid ist beispielsweise ein Übergangsmetalloxid (wie z.B. Nickeloxid, Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid, Zinkoxid oder Titanoxid oder ein Mischoxid aus mindestens zwei der vorgenannten Oxide) oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (auch als „TCOs“ bekannt) wie z.B. Indiumzinnoxid („ITO“). Das Metalloxid kann durch Strukturdefekte oder Fremdatome dotiert sein, um seine halbleitenden Eigenschaften (insbesondere die Austrittsarbeit, aber auch die Höhe der Bandlücke) gezielter einzustellen. Das Metalloxid kann beispielsweise einen Sauerstoffunterschuss aufweisen, wodurch sich ebenfalls die Halbleitereigenschaften beeinflussen lassen.
  • Ein geeignetes elektrisch leitfähiges Polymer ist beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen („PEDOT“). Das PEDOT kann beispielsweise im Gemisch mit Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS), mit einem C8-16-Alkylsulfat wie Natriumlaurylsulfat (PEDOT:SDS) oder mit Tosylat (PEDOT:Tos) vorliegen. Auch andere leitfähige Polymere, die Ladungsträgerselektivität aufweisen und über Elektropolymerisation hergestellt werden können, sind prinzipiell geeignet, beispielsweise Polyanilin und Polypyrrol.
  • Ein geeigneter elementarer Halbleiter ist beispielsweise Silicium, insbesondere amorphes Silicium (a-Si) oder feinkristallines Silicium (poly-Si). Optional kann das Silicium dotiert sein (p-dotiert oder n-dotiert). Auch ist es möglich, dass das Silicium Wasserstoff enthält (z.B. hydrogenisiertes amorphes Silicium a-Si:H). Das feinkristalline Silizium (poly-Si) weist bevorzugt eine mittlere Kristallitgröße auf, die kleiner ist als die mittlere Kristallitgröße des Halbleiter-Wafers (z.B. des Si-Wafers). Beispielsweise weist das poly-Si eine maximale Kristallitgröße von weniger als 100 nm, bevorzugter weniger als 50 nm (bestimmt durch TEM) auf.
  • Ein geeignetes Carbid ist beispielsweise Siliciumcarbid.
  • Precursor, die sich über ein elektrochemisches Verfahren zu den oben genannten Halbleitern umsetzen lassen, sind dem Fachmann bekannt.
  • Handelt es sich bei dem Halbleiter um ein Metalloxid, wird bevorzugt ein Salz dieses Metalls als Precursor verwendet und in dem Elektrolytbad gelöst. Optional enthält das Elektrolytbad noch weitere Additive, beispielsweise eine oder mehrere Säuren (z.B. Borsäure) oder eine oder mehrere Basen. Indem die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer negativen Spannung beaufschlagt wird, erfolgt zunächst die Reduktion des Precursors zum elementaren Metall und das elementare Metall scheidet sich in den Aussparungen ab. Eine elektrochemische Abscheidung auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung unterbleibt, da die elektrische Leitfähigkeit des dielektrischen Materials zu gering ist. Anschließend wird das elektrochemisch abgeschiedene Metall einer Oxidation, beispielsweise durch Sauerstoff- oder Ozonbehandlung, unterzogen und man erhält das Metalloxid. Alternativ ist es auch möglich, die Solarzelle abwechselnd mit einer negativen Spannung und einer positiven Spannung gegenüber dem Elektrolytbad zu beaufschlagen (z.B. Verwendung gepulster Spanung mit wechselndem Vorzeichen). Während der negativen Spannungsbeaufschlagung erfolgt die elektrochemische Abscheidung des Metalls und während der positiven Spannungsbeaufschlagung erfolgt die elektrochemische Oxidation des Metalls zum Metalloxid.
  • Ist der Halbleiter ein Polymer, so handelt es sich bei dem redox-aktiven Precursor um die Monomere des Polymers. Die Bildung des halbleitenden Polymers in den Aussparungen erfolgt über eine elektrochemische Polymerisation („Elektropolymerisation“) der Monomere. Für die Elektropolymerisation wird die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad bevorzugt mit einer positiven Spannung beaufschlagt. An der Grenzfläche zwischen dem Monomer-haltigen Elektrolytbad und der strukturierten dielektrischen Beschichtung findet keine oder nur eine sehr geringfügige Elektropolymerisation statt. Somit erfolgt die Bildung des Polymers (wie z.B. PEDOT:PSS) selektiv in den Aussparungen.
  • Die Herstellung elektrisch leitfähiger Polymere wie PEDOT (beispielsweise PEDOT:PSS) über eine elektrochemische Polymerisation der Monomere ist dem Fachmann bekannt. Beispielhaft kann auf J. Heinze et al., Chem. Rev. 2010, 110, 4724-4771 verwiesen werden.
  • Ist der Halbleiter Silicium, so kann als Precursor beispielsweise ein Silan (z.B. SiCl4) verwendet werden. Bevorzugt ist das Elektrolytbad wasserfrei und enthält eine ionische Flüssigkeit.
  • Für die Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad wird die Solarzelle über einen Metallkontakt mit einer ersten Elektrode kontaktiert, während eine zweite Elektrode in das Elektrolytbad eintaucht. Die beiden Elektroden sind mit einer Spannungsquelle verbunden. Bevorzugt befindet sich der Metallkontakt für die Elektrodenkontaktierung auf der Seite der Solarzelle, die der Seite mit der strukturierten dielektrischen Beschichtung und den Aussparungen gegenüber liegt. Wenn beispielsweise die dielektrische Beschichtung auf der Vorderseite der Solarzelle angebracht ist, befindet sich der Metallkontakt bevorzugt auf der Rückseite der Solarzelle.
  • Wird die Rückseite der Solarzelle mit einer Spannung beaufschlagt, bei welcher ein Stromfluss durch die Solarzelle zur Vorderseite, die im Kontakt mit dem Elektrolytbad steht, durch die Diodeneigenschaften der Solarzelle unterbunden, so erfolgt während der elektrochemischen Abscheidung bevorzugt eine Beleuchtung der Solarzelle mit einer externen Beleuchtungsquelle (z.B. mit einer oder mehreren LEDs). Insbesondere wird die Seite der Solarzelle beleuchtet, auf der die strukturierte dielektrische Beschichtung und die Aussparungen vorliegen. Durch die Beleuchtung wird sichergestellt, dass auch bei positivem Potential gegenüber dem Elektrolytbad ein Strom fließt. Die Beleuchtungsquelle (z.B. LEDs) kann beispielsweise im Elektrolytbad vorliegen (d.h. in das Bad eingetaucht), um so die Solarzelle und insbesondere die Seite, auf der die strukturierte dielektrische Beschichtung und die Aussparungen vorliegen, möglichst effizient zu bestrahlen.
  • Die Aussparungen können mit dem Elektrolytbad kontaktiert werden, indem die entsprechende Seite (z.B. die Vorderseite) der Solarzelle in das Bad eingetaucht wird. Dabei kann die Solarzelle beispielsweise auf Transportrollen gelagert sein und so durch das Elektrolytbad bewegt werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die Aussparungen vollständig mit einem Halbleiter ausgefüllt sind. Bevorzugt erstreckt sich der in der Aussparung gebildete Halbleiter über eine Höhe von mindestens 5 nm, bevorzugter mindestens 10 nm. Die Höhe kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden.
  • Vor der elektrochemischen Ausbildung des Halbleiters in den Aussparungen kann optional noch eine dielektrische Tunnelschicht, beispielsweise ein Tunneloxid, in den Aussparungen angebracht werden. Anschließend wird, wie oben beschrieben, der Halbleiter aufgebracht. Durch die Anwesenheit einer dielektrischen Tunnelschicht in Kombination mit dem Halbleiter kann die Ladungsträger-Selektivität noch weiter verbessert werden. Die dielektrische Tunnelschicht weist üblicherweise eine Dicke von weniger als 2 nm, bevorzugter weniger als 1,5 nm auf. Die Dicke kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden. Durch die extrem geringe Dicke der dielektrischen Tunnelschicht wird die elektrochemische Abscheidung des Halbleiters nicht beeinträchtigt.
  • Die dielektrische Tunnelschicht (z.B. eine Tunneloxid-Schicht) kann beispielsweise erhalten werden, indem die Aussparungen mit einem flüssigen Oxidationsmittel (z.B. ein wässriges Medium, das Ozon und/oder Salpetersäure enthält) oder einem gasförmigen Oxidationsmittel (Begasung mit Ozon) kontaktiert werden. Verfahren zur Bildung einer dielektrischen Tunnelschicht auf der Oberfläche einer Solarzelle sind dem Fachmann bekannt. Beispielhaft kann auf WO 2012/003038 A2 und US 2010/186808 verwiesen werden.
  • Optional ist es auch möglich, vor der elektrochemischen Ausbildung des Halbleiters eine dünne Halbleiter-Schicht, beispielsweise eine dünne Schicht aus amorphem Silicium, über eine Gasphasenabscheidung (z.B. PECVD) in den Aussparungen abzuscheiden. Die über die Gasphasenabscheidung erzeugte Halbleiterschicht weist bevorzugt eine Dicke von weniger als 15 nm, bevorzugter weniger als 10 nm auf. Die Dicke kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden.
  • Nach der Ausbildung des Halbleiters in den Aussparungen durch eine elektrochemische Abscheidung, optional in Kombination mit einer Oxidation des elektrochemischen Abscheidungsprodukts, erfolgt die galvanische Abscheidung eines oder mehrerer Metalle auf dem Halbleiter.
  • Bei dem Metall handelt es sich beispielsweise um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle.
  • Geeignete Galvanikbäder für die galvanische Metallabscheidung sind dem Fachmann bekannt.
  • Die galvanische Abscheidung erfolgt üblicherweise dadurch, dass der in den Aussparungen gebildete Halbleiter mit einem Galvanikbad, das Metallionen des abzuscheidenden Metalls enthält, in Kontakt gebracht wird (z.B. durch Eintauchen in das Galvanikbad) und die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Galvanikbad beaufschlagt wird.
  • Aufgrund der sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit der strukturierten dielektrischen Beschichtung erfolgt die Abscheidung selektiv auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter. Die Verwendung von Masken, die die strukturierte dielektrische Beschichtung während der galvanischen Abscheidung bedecken, sind daher nicht erforderlich.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform der ersten Lösungsvariante der vorliegenden Erfindung wird in 1a-c schematisch dargestellt.
  • Zunächst erfolgt ein lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung. Man erhält eine strukturierte dielektrische Beschichtung 1, die auf dem Halbleiter-Wafer 6 der Solarzelle vorliegt und durch eine oder mehrere Aussparungen 2 unterbrochen ist. Diese Struktur wird in 1a gezeigt.
  • Anschließend erfolgt die Bildung eines Halbleiters in den Aussparungen, indem die Aussparungen mit einem Elektrolytbad, das einen redox-aktiven Precursor des Halbleiters enthält (z.B. ein Salz des Metalls oder ein Monomer des Polymers), kontaktiert werden und die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer Spannung beaufschlagt wird, so dass eine elektrochemische Abscheidung in den Aussparungen erfolgt, wobei das elektrochemische Abscheidungsprodukt optional noch einer Oxidation unterzogen wird. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit der strukturierten dielektrischen Beschichtung 1, dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter 3 und dem Halbleiter-Wafer 6 wird schematisch in 1b gezeigt.
  • Anschließend erfolgt die galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit der strukturierten dielektrischen Beschichtung 1, dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter 3 und dem auf dem Halbleiter abgeschiedenen Metall 4 wird schematisch in 1c gezeigt.
  • Nachfolgend werden die weiteren Verfahrensschritte der zweiten Lösungsvariante der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen wird zumindest eine Halbleiterschicht aufgebracht.
  • Bevorzugt wird der Halbleiter über eine Gasphasenabscheidung aufgebracht. Es kann eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD, z.B. PE-CVD) oder auch eine physikalische Gasphasenabscheidung verwendet werden.
  • Alternativ ist es auch möglich, den Halbleiter unter Verwendung einer flüssigen Beschichtungszusammensetzung aufzubringen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, dass die Aussparungen durch die aufgebrachte Halbleiterschicht vollständig ausgefüllt sind..
  • Hinsichtlich des Halbleiters und seiner bevorzugten Eigenschaften kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Es ist also bevorzugt, dass der Halbleiter eine Bandlücke von mehr als 1,10 eV, bevorzugter von mindestens 1,20 eV aufweist. Beispielsweise weist der Halbleiter eine Bandlücke im Bereich von 1,20 eV bis 5,0 eV oder von 1,4 bis 4,0 eV auf.
  • Bevorzugt ist der Halbleiter ein elementarer Halbleiter, ein Metalloxid, ein elektrisch leitfähiges Polymer oder ein Carbid oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Halbleiter.
  • Ein geeigneter elementarer Halbleiter ist beispielsweise Silicium, insbesondere amorphes Silicium (a-Si) oder polykristallines bzw. feinkristallines Silicium (poly-Si). Bevorzugt ist das Silicium dotiert (p-dotiert oder n-dotiert). Auch ist es möglich, dass das Silicium Wasserstoff enthält (z.B. hydrogenisiertes amorphes Silicium a-Si:H). In einer bevorzugten Ausführungsform werden mindestens zwei Halbleiterschichten abgeschieden, wobei zunächst eine Schicht aus amorphem undotiertem Silizium und anschließend eine Schicht aus amorphem p-dotiertem Silizium aufgebracht wird.
  • Ein geeignetes halbleitendes Metalloxid ist beispielsweise ein Übergangsmetalloxid (wie z.B. Nickeloxid, Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid, Zinkoxid oder Titanoxid oder ein Mischoxid aus mindestens zwei der vorgenannten Oxide) oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (auch als „TCOs“ bekannt) wie z.B. Indiumzinnoxid („ITO“). Das Metalloxid kann dotiert sein, um seine halbleitenden Eigenschaften (insbesondere die Austrittsarbeit und ggf. die Höhe der Bandlücke) gezielter einzustellen. Auch ist es möglich, dass das Metalloxid einen Sauerstoffunterschuss aufweist, wodurch sich ebenfalls die Halbleitereigenschaften beeinflussen lassen.
  • Ein geeignetes elektrisch leitfähiges Polymer ist beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen („PEDOT“). Das PEDOT kann beispielsweise im Gemisch mit Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS), mit einem C8-16-Alkylsulfat wie Natriumlaurylsulfat (PEDOT:SDS) oder mit Tosylat (PEDOT:Tos) vorliegen. Auch andere leitfähige Polymere, die Ladungsträgerselektivität aufweisen und über Elektropolymerisation hergestellt werden können, sind prinzipiell geeignet, beispielsweise Polyanilin und Polypyrrol.
  • Ein geeignetes Carbid ist beispielsweise Siliciumcarbid.
  • Nach dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und den Aussparungen wird die Halbleiterschicht in Kontakt gebracht mit einem Elektrolytbad, das Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung und/oder ein Ätzmittel enthält, wobei die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Elektrolytbad beaufschlagt ist.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Elektrolytbad ein Ätzmittel und die strukturierte dielektrische Beschichtung wird durch das Ätzmittel zumindest teilweise oder sogar vollständig freigelegt, während der Halbleiter durch die negative Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad zumindest teilweise in den Aussparungen verbleibt.
  • Geeignete Ätzmittel zum Ätzen von Halbleitern wie z.B. Silizium oder halbleitenden Metalloxiden sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise handelt es sich um ein alkalisches Ätzmittel (z.B. ein Alkalimetallhydroxid wie KOH) oder um ein saures Ätzmittel (z.B. HCl, HF oder HF/Ozon).
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass durch die negative Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem das Ätzmittel enthaltende Bad der Halbleiter selektiv in den Bereichen der strukturierten dielektrischen Beschichtung geätzt wird, während ein Ätzen des Halbleiters in den Bereichen der Aussparungen im Wesentlichen unterdrückt wird oder zumindest wesentlich langsamer abläuft.
  • Nachdem die strukturierte dielektrische Beschichtung zumindest teilweise durch das Ätzmittel freigelegt wurde, wird ein Metall galvanisch auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter abgeschieden. Bei dem Metall handelt es sich beispielsweise um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle.
  • Die galvanische Abscheidung erfolgt üblicherweise dadurch, dass der in den Aussparungen gebildete Halbleiter mit einem Galvanikbad, das Metallionen des abzuscheidenden Metalls enthält, in Kontakt gebracht wird (z.B. durch Eintauchen in das Galvanikbad) und die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Galvanikbad beaufschlagt wird.
  • Geeignete Galvanikbäder für die galvanische Metallabscheidung sind dem Fachmann bekannt.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält das Elektrolytbad Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung sowie ein Ätzmittel, die strukturierte dielektrische Beschichtung wird durch das Ätzmittel zumindest teilweise freigelegt, während der Halbleiter durch die negative Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad zumindest teilweise in den Aussparungen verbleibt und die Metallabscheidung erfolgt auf dem in den Aussparungen verbleibenden Halbleiter.
  • In diesem Fall fungiert das Elektrolytbad sowohl als Ätzbad (für die Entfernung des Halbleiters, der auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung vorliegt) wie auch als Galvanikbad (für die galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem Halbleiter, der sich in den Aussparungen befindet). Bei dem galvanisch abzuscheidenden Metall handelt es sich beispielsweise um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle. Hinsichtlich geeigneter Ätzmittel kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält das Elektrolytbad Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung, das Metall wird galvanisch auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter abgeschieden und dann wird die strukturierte dielektrische Beschichtung zumindest teilweise freigelegt.
  • Bei dem galvanisch abzuscheidenden Metall handelt es sich beispielsweise um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle.
  • Die Bereiche der Halbleiterschicht, die auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung vorliegen, weisen eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Somit erfolgt die galvanische Abscheidung im Wesentlichen nur auf den Bereichen der Halbleiterschicht, die in den Aussparungen vorliegt. In diesem Fall ist der in den Aussparungen vorliegende Halbleiter durch das darauf abgeschiedene Metall geschützt, so dass die selektive Entfernung des auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung vorliegenden Halbleiters nicht zwingend durch ein Ätzen unter Spannungsbeaufschlagung erfolgen muss, sondern auch durch andere Abtragungsverfahren realisiert werden kann.
  • Das Freilegen der strukturierten dielektrischen Beschichtung erfolgt beispielsweise durch eine Behandlung des Halbleiters mit einem Lösungsmittel, einem Ätzmedium, einem reaktiven, insbesondere oxidativen Gas oder Plasma (z.B. Ozon oder ein Sauerstoffplasma).
  • Ätzmedien, die gegenüber einem Halbleiter eine wesentlich höhere Ätzgeschwindigkeit aufweisen als gegenüber einem Metall und somit für das selektive Ätzen der Halbleiterschicht verwendet werden können, sind dem Fachmann bekannt. So können halbleitende Metalloxide, welche als Ladunsträger-selektive Schicht genutzt werden, beispielsweise mittels HF oder HCl leicht geätzt werden, während das abgeschiedene Metall im Bereich der Öffnungen nicht nennenswert geätzt wird.
  • Optional kann nach der Freilegung der strukturierten dielektrischen Beschichtung eine weitere galvanische Abscheidung eines Metalls erfolgen. Diese erfolgt selektiv auf dem bereits zuvor galvanisch abgeschiedenen Metall. Wiederum handelt es sich bei dem galvanisch abzuscheidenden Metall bevorzugt um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle.
  • Eine der beispielhaften Ausführungsformen wird in 2a-d schematisch dargestellt.
  • Zunächst erfolgt ein lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung. Man erhält eine strukturierte dielektrische Beschichtung 1, die auf dem Halbleiter-Wafer 6 der Solarzelle vorliegt durch eine oder mehrere Aussparungen 2 unterbrochen ist. Eine schematische Darstellung dieser Struktur zeigt 2a.
  • Anschließend erfolgt das vollflächige Aufbringen einer Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit einer Halbleiterschicht 5, die sowohl auf der strukturierten dielektrische Beschichtung 1 als auch in den Aussparungen 2 vorliegt (und dabei bevorzugt die Aussparungen völlig ausfüllt), wird schematisch in 2b gezeigt.
  • Nach dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen wird die Halbleiterschicht in Kontakt gebracht mit einem Elektrolytbad, das ein Ätzmittel enthält, wobei die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Elektrolytbad beaufschlagt ist. Die strukturierte dielektrische Beschichtung wird durch das Ätzmittel zumindest teilweise freigelegt, während der Halbleiter durch die negative Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad zumindest teilweise in den Aussparungen verbleibt. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit einer vom Halbleiter wieder befreiten strukturierten dielektrische Beschichtung 1 und einem in den Aussparungen verbliebenem Halbleiter 3 wird schematisch in 2c gezeigt.
  • Anschließend erfolgt die galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit der strukturierten dielektrischen Beschichtung 1, dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter 3 und dem auf dem Halbleiter abgeschiedenen Metall 4 wird schematisch in 2c gezeigt.
  • Eine weitere beispielhafte Ausführungsform wird in 3a-d schematisch dargestellt.
  • Zunächst erfolgt ein lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung. Man erhält eine strukturierte dielektrische Beschichtung 1, die durch eine oder mehrere Aussparungen 2 unterbrochen ist. Eine schematische Darstellung dieser Struktur zeigt 3a.
  • Anschließend erfolgt das vollflächige Aufbringen einer Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit einer Halbleiterschicht 5, die sowohl auf der strukturierten dielektrische Beschichtung 1 als auch in den Aussparungen 2 vorliegt (und dabei bevorzugt die Aussparungen völlig ausfüllt), wird schematisch in 3b gezeigt.
  • Nach dem Aufbringen der Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen wird die Halbleiterschicht in Kontakt gebracht mit einem Elektrolytbad, das Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung enthält. Die Bereiche, in denen die strukturierte dielektrische Beschichtung vorliegt, weisen eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit auf. Somit erfolgt die galvanische Abscheidung im Wesentlichen nur auf den Bereichen der Halbleiterschicht, die in den Aussparungen vorliegen. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit einer Halbleiterschicht 5, einem galvanisch abgeschiedenen Metall und einer strukturierten dielektrischen Beschichtung 1 wird schematisch in 3c gezeigt.
  • Das Freilegen der strukturierten dielektrischen Beschichtung erfolgt beispielsweise durch eine Behandlung des Halbleiters mit einem Lösungsmittel, einem Ätzmedium, einem reaktiven, insbesondere oxidativen Gas oder Plasma (z.B. Ozon oder ein Sauerstoffplasma). Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit einer strukturierten dielektrischen Beschichtung 1, einem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter 3 und einem auf dem Halbleiter 3 galvanisch abgeschiedenen Metall 4 wird schematisch in 3d gezeigt.
  • Anschließend erfolgt eine weitere galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem bereits zuvor abgeschiedenen Metall. Die nach diesem Verfahrensschritt erhaltene Struktur mit der strukturierten dielektrischen Beschichtung 1, dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter 3 und dem auf dem Halbleiter abgeschiedenen Metallen 4 wird schematisch in 3e gezeigt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Solarzelle, die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhältlich ist.
  • Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Solarzelle, enthaltend eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen, in denen jeweils ein oder mehrere Halbleiter vorliegen, unterbrochen ist, und ein galvanisch abgeschiedenes Metall, das auf dem in den Aussparungen befindlichen Halbleiter vorliegt.
  • Bevorzugt liegt das galvanisch abgeschiedene Metall im Wesentlichen nur auf dem Halbleiter der Aussparungen und nicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung vor. Es ist also bevorzugt, dass auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung im Wesentlichen kein Metall vorliegt.
  • Hinsichtlich der bevorzugten Eigenschaften der Solarzelle, der strukturierten dielektrischen Beschichtung sowie des Halbleiters, der die strukturierte dielektrische Beschichtung unterbricht, kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
  • Bevorzugt ist die Solarzelle eine Silizium-Solarzelle,
  • Die strukturierte dielektrische Beschichtung liegt typischerweise auf dem Halbleiter-Wafer (im Fall einer Silizium-Solarzelle auf dem Silizium-Wafer) vor, bevorzugt an der Vorderseite der Solarzelle. Optional kann die strukturierte dielektrische Beschichtung auch noch an der Rückseite der Solarzelle vorliegen.
  • Beispielsweise kann der Silizium-Wafer der Solarzelle eine n-dotierte Basis und an seiner Vorderseite einen p-dotierten (z.B. Bor-dotierten) Emitter aufweisen. Silizium-Solarzellen mit n-dotierter Basis werden auch als n-Typ-Silicium-Solarzellen bezeichnet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Basis p-dotiert und der Vorderseiten-Emitter n-dotiert (z.B. Phosphor-dotiert) ist. Ebenso kann die Solarzelle auch einen rückseitigen Emitter aufweisen, wobei dann die vorderseitige Oberfläche denselben Dotiertyp wie die Basis aufweist. Üblicherweise wird in diesem Fall ein zusätzliches Front-Surface-Field, beispielsweise mittels thermischer Diffusion oder mittels Ionenimplantation auf der Vorderseite erzeugt. Dies ist eine Schicht mit Dotanten gleichen Typs, jedoch mit deutlich höherer Konzentration als in der Basis.
  • Bevorzugt ist der Silizium-Wafer der Solarzelle ein monokristalliner oder polykristalliner bzw. multikristalliner Silizium-Wafer. Im Fall eines polykristallinen Wafers weist dieser beispielsweise eine Kristallitgröße von mindestens 50 µm, bevorzugter mindestens 100 µm oder sogar mindestens 500 µm auf (z.B. bestimmt über REM).
  • Die strukturierte dielektrische Beschichtung weist bevorzugt eine strukturierte dielektrische Passivierungsschicht und/oder eine strukturierte dielektrische Antireflexionsschicht auf. Bevorzugt sind dann auch die strukturierte dielektrische Passivierungsschicht und die strukturierte dielektrische Antireflexionsschicht durch eine oder mehrere Aussparungen, in denen sich jeweils ein Halbleiter befindet, unterbrochen. Die Passierungsschicht ist bevorzugt durch Siliciumoxid, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid oder eine Kombination aus mindestens zwei dieser Verbindungen gebildet. Optional enthalten diese dielektrischen Passivierungsschichten außerdem Wasserstoff, durch den die Absättigung offener Verbindungen weiter verbessert wird (z.B. a-SiNx:H oder a-SiOx:H). Die Antireflexionsschicht ist beispielsweise eine Siliciumnitrid-Schicht.
  • Die strukturierte dielektrische Beschichtung der Solarzelle kann beispielsweise eine Dicke von bis zu 150 nm aufweisen. Enthält die strukturierte dielektrische Beschichtung sowohl eine Passivierungsschicht wie auch eine Antireflexionsschicht, so weist sie beispielsweise eine Dicke im Bereich von 50 nm bis 150 nm oder 55 nm bis 120 nm auf. Die Dicke kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Silizium-Wafer der Solarzelle eine n-dotierte Basis und an seiner Vorderseite einen p-dotierten (insbesondere Bor-dotierten) Emitter auf und die strukturierte dielektrische Beschichtung liegt auf dem p-dotierten Emitter vor. Bevorzugt weist die strukturierte dielektrische Beschichtung zumindest eine Passivierungsschicht (z.B. aus Aluminiumoxid) und zumindest eine Antireflexionsschicht (z.B. aus Siliziumnitrid) auf.
  • In den Aussparungen liegen jeweils ein oder mehrere Halbleiter vor. Der in den Aussparungen vorliegende Halbleiter weist bevorzugt eine Bandlücke von mehr als 1,10 eV, bevorzugter von mindestens 1,20 eV auf. Beispielsweise weist der Halbleiter eine Bandlücke im Bereich von 1,20 eV bis 5,0 eV oder von 1,4 eV bis 4,0 eV auf. Bevorzugt ist die Bandlücke des Halbleiters in den Aussparungen größer als die Bandlücke des Halbleiterwafers. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Halbleiter in den Aussparungen eine mittlere Kristallitgröße aufweist, die kleiner ist als die mittlere Kristallitgröße des Halbleiter-Wafers.
  • Bevorzugt ist der in den Halbleiter-Bereichen vorliegende Halbleiter ein Metalloxid, ein elektrisch leitfähiges Polymer, ein elementarer Halbleiter oder ein Carbid.
  • Ein geeignetes halbleitendes Metalloxid ist beispielsweise ein Übergangsmetalloxid (wie z.B. Nickeloxid, Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid, Zinkoxid oder Titanoxid oder ein Mischoxid aus mindestens zwei der vorgenannten Oxide) oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (auch als „TCOs“ bekannt) wie z.B. Indiumzinnoxid („ITO“). Das Metalloxid kann durch Strukturdefekte oder Fremdatome dotiert sein, um seine halbleitenden Eigenschaften (insbesondere die Austrittsarbeit, aber auch die Höhe der Bandlücke) gezielter einzustellen. Das Metalloxid kann beispielsweise einen Sauerstoffunterschuss aufweisen, wodurch sich ebenfalls die Halbleitereigenschaften beeinflussen lassen.
  • Ein geeignetes elektrisch leitfähiges Polymer ist beispielsweise Poly-3,4-ethylendioxythiophen („PEDOT“). Das PEDOT kann beispielsweise im Gemisch mit Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS), mit einem C8-16-Alkylsulfat wie Natriumlaurylsulfat (PEDOT:SDS) oder mit Tosylat (PEDOT:Tos) vorliegen. Auch andere leitfähige Polymere, die Ladungsträgerselektivität aufweisen und über Elektropolymerisation hergestellt werden können, sind prinzipiell geeignet, beispielsweise Polyanilin und Polypyrrol.
  • Ein geeigneter elementarer Halbleiter ist beispielsweise Silicium, insbesondere amorphes Silicium (a-Si) oder feinkristallines Silicium (poly-Si). Optional kann das Silicium dotiert sein (p-dotiert oder n-dotiert). Auch ist es möglich, dass das Silicium Wasserstoff enthält (z.B. hydrogenisiertes amorphes Silicium a-Si:H).
  • Ein geeignetes Carbid ist beispielsweise Siliciumcarbid.
  • Die Aussparungen, in denen sich der Halbleiter befindet, können beispielsweise in Form linear verlaufender Gräben, die sich optional kreuzen, vorliegen. Die Aussparungen definieren beispielsweise die sogenannten Finger und Busbars an der Vorderseite der Solarzelle.
  • Bevorzugt beträgt die Gesamtfläche der die strukturierte dielektrische Beschichtung unterbrechenden Aussparungen weniger als 20% oder sogar weniger als 10% der Fläche der Solarzellenvorderseite, um so optische Verluste möglichst gering zu halten.
  • Optional kann in den Aussparungen zusätzlich zu dem Halbleiter auch noch eine dielektrische Tunnelschicht, beispielsweise ein Tunneloxid, vorliegen. Auf dieser dielektrischen Tunnelschicht liegt dann der Halbleiter vor. Durch die Anwesenheit einer dielektrischen Tunnelschicht in Kombination mit dem Halbleiter kann die Ladungsträger-Selektivität noch weiter verbessert werden. Die dielektrische Tunnelschicht weist üblicherweise eine Dicke von weniger als 2 nm, bevorzugter weniger als 1,5 nm auf. Die Dicke kann über TEM-Aufnahmen bestimmt werden.
  • Bevorzugt kontaktiert der in den Aussparungen befindliche Halbleiter direkt den darunter befindlichen Halbleiter-Wafer. Ist eine dielektrische Tunnelschicht in den Aussparungen vorhanden, so kontaktiert diese bevorzugt den darunter befindlichen Halbleiter-Wafer und der der Halbleiter der Aussparungen liegt auf der dielektrischen Tunnelschicht vor.
  • Bei dem Metall, das auf dem in den Aussparungen befindlichen Halbleiter vorliegt, handelt es sich beispielsweise um Kupfer, Nickel oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Legierung eines dieser Metalle.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/003038 A2 [0055]
    • US 2010186808 [0055]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments“) in „Comprehensive Renewable Energy“, Elsevier Science & Technology (2012) und J. Yi et al., Trans. Electr. Electron. Mater., 16(5), 2015, S. 227-233 [0005]
    • S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments“), Seite 14, in „Comprehensive Renewable Energy“, Elsevier Science & Technology (2012) [0008]
    • L.G. Gerling et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 145, 2016, S. 109-115 [0011]
    • F. Feldmann et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 131, 2014, S. 100-104 [0011]
    • N.K. Elumalai et al., Mater. Renew. Sustain. Energy (2015) 4: 11 [0011]
    • S. Chen et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, S. 24202-24212 [0011]
    • J. Heinze et al., Chem. Rev. 2010, 110, 4724-4771 [0048]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Aufbringen von Kontakten auf einer Solarzelle, umfassend: - Bereitstellen einer Solarzelle, die eine dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist, - lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird, - Bildung eines Halbleiters in den Aussparungen, indem die Aussparungen mit einem Elektrolytbad, das einen redox-aktiven Precursor des Halbleiters enthält, kontaktiert werden und die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer Spannung beaufschlagt wird, so dass eine elektrochemische Abscheidung in den Aussparungen erfolgt, - galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem Halbleiter.
  2. Verfahren zum Aufbringen von Kontakten auf einer Solarzelle, umfassend: - Bereitstellen einer Solarzelle, die eine dielektrische Ausgangsbeschichtung aufweist, - lokales Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung, so dass eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen unterbrochen ist, erhalten wird, - Aufbringen zumindest einer Halbleiterschicht auf der strukturierten dielektrischen Beschichtung und in den Aussparungen, - in Kontakt bringen der Halbleiterschicht mit einem Elektrolytbad, das Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung und/oder ein Ätzmittel enthält, wobei die Solarzelle mit einer negativen Spannung gegenüber dem Elektrolytbad beaufschlagt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Solarzelle eine Silizium-Solarzelle ist; und/oder die dielektrische Ausgangsbeschichtung eine dielektrische Passivierungsschicht und/oder eine dielektrische Reflexionsschicht aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das lokale Entfernen der dielektrischen Ausgangsbeschichtung durch Laserablation oder Ätzen erfolgt; und/oder wobei weniger als 20% der Fläche der dielektrischen Ausgangsbeschichtung entfernt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Halbleiter in den Aussparungen oder der Halbleiter der Halbleiterschicht ein Metalloxid, ein elektrisch leitfähiges Polymer, ein elementarer Halbleiter oder ein Carbid oder eine Kombination von mindestens zwei dieser Halbleiter ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Metalloxid ein Übergangsmetalloxid oder ein oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid ist; oder wobei das elektrisch leitfähige Polymer Poly-3,4-ethylendioxythiophen, Polyanilin oder Polypyrrol ist; oder wobei der elementare Halbleiter ein amorphes Silicium (a-Si) oder ein feinkristallines Silicium (poly-Si) ist, das optional dotiert ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3-6, wobei der Halbleiter ein Metalloxid und der Precursor ein Salz dieses Metalls ist und die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer negativen Spannung beaufschlagt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Solarzelle abwechselnd mit einer negativen Spannung und einer positiven Spannung gegenüber dem Elektrolytbad beaufschlagt wird; oder wobei das Metall in elementarer Form bei negativer Spannungsbeaufschlagung abgeschieden wird und das elementare Metall anschließend zum Metalloxid oxidiert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3-6, wobei der Halbleiter ein Polymer ist und der redox-aktive Precursor ein Monomer des Polymers ist, die Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad mit einer positiven Spannung beaufschlagt ist und die elektrochemische Abscheidung des halbleitenden Polymers in den Aussparungen über eine elektrochemische Polymerisation der Monomere erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach der Bildung des Halbleiters in den Aussparungen eine galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem Halbleiter erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, wobei - das Elektrolytbad ein Ätzmittel enthält und die strukturierte dielektrische Beschichtung durch das Ätzmittel zumindest teilweise freigelegt wird, während der Halbleiter durch die negative Spannungsbeaufschlagung der Solarzelle gegenüber dem Elektrolytbad zumindest teilweise in den Aussparungen verbleibt, und - ein Metall galvanisch auf dem in den Aussparungen vorliegenden Halbleiter abgeschieden wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Elektrolytbad außerdem Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung enthält.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-6, wobei das Elektrolytbad Metallionen für eine galvanische Metallabscheidung enthält, das Metall galvanisch auf den Bereichen der Halbleiterschicht, die in den Aussparungen vorliegen, abgeschieden wird und dann die strukturierte dielektrische Beschichtung zumindest teilweise freigelegt wird.
  14. Solarzelle, enthaltend eine strukturierte dielektrische Beschichtung, die durch eine oder mehrere Aussparungen, in denen jeweils ein oder mehrere Halbleiter vorliegen, unterbrochen ist, und ein galvanisch abgeschiedenes Metall, das auf dem in den Aussparungen befindlichen Halbleiter vorliegt.
  15. Solarzelle nach Anspruch 14, wobei die Solarzelle eine Silizium-Solarzelle ist, die strukturierte dielektrische Beschichtung auf dem Silizium-Wafer an der Vorderseite der Solarzelle vorliegt und das galvanisch abgeschiedene Metall im Wesentlichen nur auf dem in den Aussparungen befindlichen Halbleiter vorliegt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020110646A1 (de) 2020-04-20 2021-10-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf einem Substrat

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186808A1 (en) 2009-01-27 2010-07-29 Peter Borden Plating through tunnel dielectrics for solar cell contact formation
WO2012003038A2 (en) 2010-07-02 2012-01-05 Sunpower Corporation Method of fabricating a solar cell with a tunnel dielectric layer
DE102013113585A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Passivierungsschicht mit Punktkontakten für Dünnschichtsolarzellen
US20150311359A1 (en) * 2012-08-29 2015-10-29 M4Si B.V. Method for manufacturing a solar cell and solar cell obtained therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100186808A1 (en) 2009-01-27 2010-07-29 Peter Borden Plating through tunnel dielectrics for solar cell contact formation
WO2012003038A2 (en) 2010-07-02 2012-01-05 Sunpower Corporation Method of fabricating a solar cell with a tunnel dielectric layer
US20150311359A1 (en) * 2012-08-29 2015-10-29 M4Si B.V. Method for manufacturing a solar cell and solar cell obtained therewith
DE102013113585A1 (de) * 2013-12-06 2015-06-11 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Passivierungsschicht mit Punktkontakten für Dünnschichtsolarzellen

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
F. Feldmann et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 131, 2014, S. 100-104
J. Heinze et al., Chem. Rev. 2010, 110, 4724-4771
L.G. Gerling et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 145, 2016, S. 109-115
N.K. Elumalai et al., Mater. Renew. Sustain. Energy (2015) 4: 11
S. Chen et al., J. Mater. Chem., 2012, 22, S. 24202-24212
S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments") in „Comprehensive Renewable Energy", Elsevier Science & Technology (2012) und J. Yi et al., Trans. Electr. Electron. Mater., 16(5), 2015, S. 227-233
S.W. Glunz et al., Kapitel 1.16 („Crystalline Silicon Solar Cells - State of the Art und Future Developments"), Seite 14, in „Comprehensive Renewable Energy", Elsevier Science & Technology (2012)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020110646A1 (de) 2020-04-20 2021-10-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Verfahren zum Aufbringen von Leiterbahnen auf einem Substrat

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