DE102018251777A1

DE102018251777A1 - Chemisches Polieren von Solarzellenoberflächen und daraus resultierenden Strukturen

Info

Publication number: DE102018251777A1
Application number: DE102018251777.0A
Authority: DE
Inventors: Scott Harrington; Venkatasubramani Balu; Amada Montesdeoca Santana
Original assignee: Total Solar Intl SAS; SunPower Corp
Current assignee: Total Solar Intl SAS; Maxeon Solar Pte Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR20190082152A; US20190207040A1; CN110021681B; CN110021681A

Abstract

Das chemische Polieren von Solarzellenoberflächen und die daraus resultierende Strukturen werden hier beschrieben. In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Texturieren sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenflächen eines Siliziumsubstrats mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzverfahren. Das Verfahren beinhaltet auch das Reduzieren eines Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzprozess. Das Verfahren beinhaltet auch, nachdem der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats reduziert wurde, das Bilden von Emitterregionen auf der zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liegen auf dem Gebiet erneuerbarer Energien und insbesondere auf dem Gebiet vom Polieren von Solarzellenoberflächen und daraus resultierenden Strukturen.
HINTERGRUND
Photovoltaikzellen, die allgemein als Solarzellen bezeichnet werden, sind bekannte Vorrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Allgemein werden Solarzellen auf einem Halbleiterwafer oder Substrat unter Verwendung von Halbleiterbearbeitungstechniken hergestellt, um einen p-n-Übergang nahe einer Oberfläche des Substrats zu bilden. Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats auftrifft und in sie eindringt, erzeugt Elektron-Loch-Paare im Volumen des Substrats. Die Elektron-Loch-Paare wandern in p- und n-dotierte Regionen im Substrat, wodurch sie eine Spannungsdifferenz zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die dotierten Regionen sind mit leitfähigen Regionen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle zu einem damit gekoppelten externen Stromkreis zu leiten.
Figurenliste

ist ein Ablaufplan, der Aufgaben bei einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aufführt.
Die bis zeigen Querschnittsansichten verschiedener Phasen bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
beinhaltet Mikroskopaufnahmen einer Siliziumsubstratoberfläche (i) nach dem Texturieren mit einem ersten Ätzmittel auf Hydroxidbasis und (ii) nach dem Polieren mit einem zweiten Ätzmittel auf Hydroxidbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
beinhaltet Höhenkarten einer Siliziumsubstratoberfläche (i) nach dem Texturieren mit einem ersten Ätzmittel auf Hydroxidbasis und (ii) nach dem Polieren mit einem zweiten Ätzmittel auf Hydroxidbasis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rückkontaktsolarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer weiteren Rückkontaktsolarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rückkontaktsolarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und soll die Ausführungsformen des Gegenstands oder der Anmeldung und die Verwendungen derartiger Ausführungsformen nicht einschränken. Das Wort „beispielhaft“, wie hierin verwendet, bedeutet „als Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend“. Jegliche Umsetzung, die hierin als beispielhaft beschrieben ist, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Umsetzungen anzusehen. Des Weiteren besteht keine Absicht, durch eine im vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzdarstellung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegte ausdrückliche oder stillschweigend eingeschlossene Theorie gebunden zu sein.
Diese Patentschrift beinhaltet Bezugnahmen auf „eine bestimmte Ausführungsform“ oder „eine Ausführungsform“. Das Auftreten der Ausdrücke „in einer bestimmten Ausführungsform“ oder „in einer Ausführungsform“ bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Bestimmte Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften können auf eine beliebige geeignete Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang steht.
Terminologie - Die folgenden Absätze stellen Definitionen und/oder Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung (einschließlich der beigefügten Ansprüche) zu finden sind:
„Umfassen“/„umfassend“ - Dieser Begriff ist erweiterbar. Wie in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt dieser Begriff zusätzliche Strukturen oder zusätzliche Schritte nicht aus.
„Dazu ausgelegt“/„ausgelegt, um zu“ - Verschiedene Einheiten oder Komponenten können als „dazu ausgelegt“, eine Aufgabe oder Aufgaben zu erfüllen beschrieben oder beansprucht sein. In derartigen Kontexten wird „dazu ausgelegt“ verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur beinhalten, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs ausführt. Daher kann über die Einheit/Komponente gesagt werden, dass sie dazu ausgelegt ist, die Aufgabe auszuführen, selbst wenn die konkrete Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit (d. h. nicht eingeschaltet/aktiv) ist. Das Erwähnen, dass eine Einheit/Schaltung/Komponente „dazu ausgelegt“ ist, eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, ist ausdrücklich so gedacht, dass sich diese Erwähnung bei dieser Einheit/diese Komponente nicht auf 35 U.S.C. §112, Absatz sechs, beruft.
„Erste“, „zweite“ usw. - Wie hierin verwendet, werden diese Begriffe als Bezeichnungen für Substantive genutzt, denen sie vorangehen, und implizieren keine wie auch immer geartete Art einer Ordnung (z. B. räumlich, zeitlich, logisch usw.). Beispielsweise schließt eine Bezugnahme auf eine „erste“ Solarzelle nicht notwendigerweise stillschweigend mit ein, dass diese Solarzelle die erste Solarzelle in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erste“ dazu verwendet, diese Solarzelle von einer anderen Solarzelle (z. B. von einer „zweiten“ Solarzelle) zu unterscheiden.
„Gekoppelt“ - Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt“ sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „gekoppelt“, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, dass ein Element/Knoten/Merkmal nicht notwendigerweise mechanisch direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal in Verbindung steht).
Zusätzlich kann eine bestimmte Terminologie in der folgenden Beschreibung auch allein zum Zwecke der Bezugnahme verwendet werden und soll somit nicht einschränkend sein. Beispielsweise beziehen sich Begriffe wie „oberer/obere/oberes“, „unterer/untere/unteres“, „oberhalb/über“ und „unterhalb/unter“ auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorderer/vordere/vorderes/vorrtl“ „hinterer/hintere/hinteres/hinten“, „rückseitig“, „seitlich“, „außenseitig“ und „innenseitig“ beschreiben die Ausrichtung und/oder die Lage von Abschnitten der Komponente in einem konsistenten, jedoch beliebigen Bezugsrahmen, der durch Bezugnahme auf den Text und die zugehörigen Zeichnungen deutlich gemacht wird, die die erörterte Komponente beschreiben. Eine derartige Terminologie kann die vorstehend speziell erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung beinhalten.
„Hemmen“ - Wie hierin verwendet, wird „hemmen“ verwendet, um einen Verringerungs- oder Minimierungseffekt zu beschreiben. Wenn eine Komponente oder ein Merkmal als einen Vorgang, eine Bewegung oder einen Zustand hemmend beschrieben wird, kann sie/es das Ergebnis oder die Wirkung oder die zukünftige Beschaffenheit vollständig unterbinden. Zusätzlich kann sich „hemmen“ auch auf eine Verringerung oder Abschwächung der Wirkung, Leistung und/oder des Effekts beziehen, die bzw. der ansonsten auftreten könnte. Entsprechend muss, wenn eine Komponente, ein Element oder ein Merkmal als ein Ergebnis oder eine Beschaffenheit hemmend bezeichnet wird, sie/es das Ergebnis oder die Beschaffenheit nicht komplett unterbinden oder verhindern.
Effizienz ist eine wichtige Eigenschaft einer Solarzelle, da sie in direkter Beziehung zur Fähigkeit der Solarzelle steht, Energie zu erzeugen. Gleichermaßen steht die Effizienz beim Produzieren von Solarzellen in direkter Beziehung zur Kosteneffizienz derartiger Solarzellen. Dementsprechend sind Techniken zum Erhöhen der Effizienz von Solarzellen oder Techniken zum Erhöhen der Effizienz bei der Fertigung von Solarzellen allgemein wünschenswert Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine erhöhte Effizienz der Solarzellenfertigung, indem neuartige Prozesse zum Herstellen von Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ermöglichen eine erhöhte Solarzelleneffizienz, indem neuartige Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden.
Das chemische Polieren von Solarzellenoberflächen und die daraus resultierende Strukturen werden hier beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind zahlreiche konkrete Details dargelegt, wie etwa konkrete Prozessablaufschritte, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Es wird für einen Fachmann ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese konkreten Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Herstellungstechniken, wie beispielsweise Lithografie- und Strukturierungstechniken, nicht im Detail beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu verschleiern. Des Weiteren sollte ersichtlich sein, dass die verschiedenen in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Darstellungen und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
Hierin werden Verfahren zum Herstellen von Solarzellen offenbart. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Texturieren sowohl der ersten Seitenflächen als auch der zweiten Seitenflächen eines Siliziumsubstrats mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzverfahren. Das Verfahren beinhaltet auch das Reduzieren eines Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzprozess. Das Verfahren beinhaltet auch, nachdem der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats reduziert wurde, das Bilden von Emitterregionen auf der zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats.
Hierin werden außerdem Solarzellen offenbart. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Solarzelle ein Substrat, das eine Lichtaufnahmefläche und eine Rückseitenfläche aufweist. Die Solarzelle beinhaltet auch eine Vielzahl sich abwechselnder Siliziumemitterregionen des n-Typs und p-Typs in oder über einem Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats. Der Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats weist einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null auf, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet eine Solarzelle ein Substrat, das eine Lichtaufnahmefläche und eine Rückseitenfläche aufweist. Die Solarzelle beinhaltet auch eine erste polykristalline Siliziumemitterregion eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht auf einem Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats. Der Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats weist einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null auf, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats. Die Solarzelle beinhaltet auch eine zweite polykristalline Siliziumemitterregion eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, die auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet ist, die auf der Rückseite des Substrats angeordnet ist. Ein Abschnitt der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion überlappt einen Abschnitt der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine relativ niedrig konzentrierte Hydroxid-Ätzung (z. B. KOH) verwendet, um texturierte Siliziumoberflächen zu glätten. Das Ätzen kann kostengünstig eingesetzt werden, um die Rückseitenrekombination auf Wafern, die auf beiden Seiten texturiert wurden, zu reduzieren. Um den Zusammenhang zu verdeutlichen, wird die Glättung der Rückseite typischerweise mit HF/Salpetersäure durchgeführt, was teuer ist und mit schädlichem NOx-Gas verbunden sein kann und schwer zu kontrollieren sein kann. Im Gegensatz dazu können die hierin enthaltenen Ausführungsformen implementiert werden, um eine weniger gefährliche chemische Ätzung und damit glattere Oberflächen zu erzielen. In einer anderen Ausführungsform kann eine solche Glättung stattdessen oder zusätzlich auf einer Wafervorderseite durchgeführt werden. In anderen Ausführungsformen wird eine solche Glättung während eines Kantenisolierungsprozesses durchgeführt.
Um einen weiteren Kontext zu schaffen, können Ausführungsformen implementiert werden, um eine texturierte Oberfläche mit einer alkalischen Lösung (z. B. KOH-basiert) zu ätzen, um Pyramiden zu entfernen und eine relativ flache Siliziumoberfläche zu erhalten. Die Ausführungsformen können rückseitige Kontaktsolarzellen, hybride Solarzellen und frontseitige Kontaktsolarzellen umfassen. In bestimmten Ausführungsformen wird vor der Emitterbildung eine Texturierung und anschließende Glättung durchgeführt.
Die hierin beschriebenen Vorteile der alkalischen Polieransätze im Vergleich zum sauren Polieren können einen oder mehrere der folgenden beinhalten: (1) Pyramiden können vollständig entfernt, nicht bloß abgerundet, werden und dadurch kann die relative Oberfläche an einer Rückseite reduziert werden, um die Passivierung zu verbessern, (2) Beseitigung der Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Prozessbedingungen für eine saure Polierkombination aus HF/HNO₃, z. B. eine kleine Drift im HF/HNO₃-Verhältnis kann zu einer Aufrauhung der Oberfläche oder einer unkontrollierbaren Ätzrate führen, was zu einer unerwünschten porösen Si-Bildung führt, (3) Entfernung von HNO₃/HF-Dämpfen, die giftig sind und oft teure Abgasanforderungen nötig machen, und/oder (4) Reduzierung des Prozesses von zwei Ätzvorgängen auf einen Arbeitsgang, da auf ein HNO₃/HF-Ätzen typischerweise eine alkalische Ätzung folgt, um poröses Silizium zu entfernen, das sich während des HNO₃/HF-Ätzens gebildet hat.
Als veranschaulichende Umsetzung ist ein Ablaufplan 100 mit der Auflistung von Vorgängen bei einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf den Vorgang 102 des Ablaufplans 100 von beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Texturieren sowohl der ersten Seitenflächen als auch der zweiten Seitenflächen eines Siliziumsubstrats mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzverfahren. In einer Ausführungsform ist die erste Seitenfläche eine vordere Seitenfläche und die zweite Seitenfläche eine hintere Seitenfläche. In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Seitenfläche eine Rückseitenfläche und die zweite Seitenfläche eine Vorderseitenfläche.
In einer Ausführungsform ist der erste hydroxidbasierte Ätzprozess ein erster kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess. In einer Ausführungsform wird der erste hydroxidbasierte Ätzprozess in einem chemischen Bad auf das Siliziumsubstrat aufgebracht.
Unter Bezugnahme auf den Vorgang 104 des Ablaufplans 100 in wird ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzverfahren reduziert.
In einer Ausführungsform beinhaltet der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess das Aussetzen der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats gegenüber einer wässrigen Lösung von zwischen 5 und 45 Gew.-% Kaliumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für eine Zeitspanne von 1 bis 30 Minuten. In einer bestimmten Ausführungsform liegt die Temperatur zwischen 60 bis 85 Grad Celsius.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess das Aussetzen der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats gegenüber einer wässrigen Lösung von zwischen 3 und 45 Gew.-% Natriumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für eine Zeitspanne zwischen 1 und 30 Minuten. In einer bestimmten Ausführungsform liegt die Temperatur zwischen 60 bis 85 Grad Celsius.
In einer Ausführungsform ist der erste hydroxidbasierte Ätzprozess ein erster kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess und der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess ist ein zweiter kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess. In einer Ausführungsform wird der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess mit einem Sprühwerkzeug, Walzen oder einem einseitigen Ätzbad auf die texturierte zweite Seitenfläche des Siliziumsubstrats aufgebracht.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Reduzierung des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats die Reduzierung einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 475-525 Nanometern auf 175-225 Nanometer. In einer Ausführungsform beinhaltet die Reduzierung des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats die Reduzierung einer Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) von 1600-1700 Nanometer auf 400-550 Nanometer.
Unter Bezugnahme auf die Aufgabe 106 des Ablaufplans 100 in werden nach der Reduzierung des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats Emitterregionen auf der zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats gebildet.
In einer anderen beispielhaften Umsetzung zeigen die Querschnittsansichten verschiedener Herstellungsphasen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf besitzt ein Substrat 200 eine Vorderseitenfläche 202 und eine Rückseitenfläche 204. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 200 um ein monokristallines Siliziumsubstrat. In einer solchen Ausführungsform ist das monokristalline Siliziumsubstrat vom Typ N dotiert. In einer Ausführungsform ist das Substrat 200 ein Ausgangssubstrat nach einem Schneid- und Polierprozess eines Ausgangsblocks.
Unter Bezugnahme auf werden sowohl die Vorderseitenfläche 202 als auch die Rückseitenfläche 206 des Substrats 200 der Struktur von texturiert, um eine texturierte Vorderseitenfläche 206 und eine texturierte Rückseitenfläche 208 zu bilden.
In einer Ausführungsform werden die texturierte Vorderseitenfläche 206 und die texturierte Rückseitenfläche 208 unter Verwendung einer zufälligen alkalischen Texturierung gebildet, die den Reflexionsgrad verringern und den Wirkungsgrad der Solarzelle erhöhen kann. Diese Texturierungslösungen können ein alkalisches Ätzmittel, wie Kaliumhydroxid (KOH), Natriumhydroxid (NaOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), und möglicherweise ein oberflächenaktives Mittel, wie Isopropylalkohol (IPA) oder einen ähnlichen Alkohol, beinhalten.
In einer Ausführungsform werden sowohl die Vorderseitenfläche 202 als auch die Rückseitenfläche 206 des Substrats 200 mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzverfahren texturiert. In dieser Ausführungsform ist der erste hydroxidbasierte Ätzprozess ein erster kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess. In einer Ausführungsform wird der erste hydroxidbasierte Ätzprozess in einem chemischen Bad auf das Substrat 200 angewendet.
In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet der erste hydroxidbasierte Ätzprozess die Verwendung einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (KOH) von etwa 2 Gew.-% bei einer Temperatur von etwa 50 - 85 Grad Celsius für eine Dauer von etwa 10 - 20 Minuten. In einer Ausführungsform folgt auf dem texturierenden Ätzprozess eine Spülung, z. B. mit deionisiertem (DI) Wasser.
In einer Ausführungsform wird das Substrat 200 vor dem Durchführen einer Texturierung der Vorderseitenfläche 202 und der Rückseitenfläche 204 des Substrats 200 mit einem vortexturierenden Nassreinigungsprozess behandelt. In einer solchen Ausführungsform beinhaltet der vortexturierende Nassreinigungsprozess die Behandlung mit einer wässrigen Hydroxidlösung, wie beispielsweise einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (KOH), einer wässrigen Natriumhydroxidlösung (NaOH) oder einer wässrigen Tetramethylammoniumhydroxidlösung (TMAH), ohne aber darauf beschränkt zu sein. In einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet das vortexturierende Nassreinigungsverfahren die Behandlung mit einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (KOH) mit einem Gewichtsprozent etwa im Bereich von 20 - 45, bei einer Temperatur etwa im Bereich von 60 - 85 Grad Celsius, für eine Dauer etwa im Bereich von 60 - 120 Sekunden. In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Vorbehandlungsprozess eine oder mehrere von (1) einer verdünnten Mischung aus KOH oder NaOH mit H₂O₂, wobei die Komponente in weniger als 5 Vol.-% vorliegt, (2) ein Prozessbad aus deionisiertem Wasser mit darin gelöstem Ozon, (3) eine gasförmige Ozonbehandlung und/oder (4) eine UV-Reinigungsbehandlung. In einer Ausführungsform folgt auf den Vorbehandlungsprozess eine Spülung, z. B. mit deionisiertem (DI) Wasser.
Unter Bezugnahme auf wird ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 reduziert, um eine polierte Rückseitenfläche 210 zu erhalten.
In einer Ausführungsform wird der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 durch ein zweites hydroxidbasiertes Ätzverfahren reduziert. In einer solchen Ausführungsform verwendet der zweite Ätzprozess auf Hydroxidbasis eine wässrige Lösung von 5 und 45 Gew.-% Kaliumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für eine Zeitspanne von 1-30 Minuten. In einer bestimmten Ausführungsform liegt die Temperatur zwischen 60 bis 85 Grad Celsius.
In einer weiteren Ausführungsform verwendet der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess eine wässrige Lösung zwischen 3 und 45 Gew.-% Natriumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für eine Dauer von 1-30 Minuten. In einer bestimmten Ausführungsform liegt die Temperatur zwischen 60 bis 85 Grad Celsius.
In einer Ausführungsform wird der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess nur auf die texturierte Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 mit einem Sprühwerkzeug, Walzen oder einem einseitigen Ätzbad angewendet. In einer Ausführungsform folgt auf den Prozess der Reduzierung des Oberflächenrauhigkeitsfaktors eine Spülung, z. B. mit deionisiertem (DI) Wasser.
In einer Ausführungsform wird eine durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 von 475-525 Nanometer auf 175-225 Nanometer reduziert, um die polierte Rückseitenfläche 210 zu ergeben. In einer Ausführungsform wird eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 von 1600-1700 Nanometer auf 400-550 Nanometer reduziert, um die polierte Rückseitenfläche 210 zu ergeben. In einer Ausführungsform sind das Texturmuster und die Oberflächenrauhigkeitsfaktoren der texturierten Vorderseitenoberfläche 206 des Substrats 200 im Wesentlichen gleich, bevor und nachdem der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 reduziert wird, um die polierte Rückseitenfläche 210 zu ergeben.
In einer Ausführungsform werden nach der Reduzierung des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten Rückseitenfläche 208 des Substrats 200 Emitterregionen auf der polierten Rückseitenfläche 210 des Substrats 200 gebildet. Exemplarische Solarzellenarchitekturen mit Emitterregionen, die auf einer polierten Rückseitenfläche eines Substrats, wie beispielsweise einem Siliziumsubstrat, ausgebildet sind, werden im Folgenden in Verbindung mit den , und beschrieben.
In einer exemplarischen Demonstration beinhaltet Mikroskopaufnahmen einer Siliziumsubstratoberfläche (i) nach dem Texturieren mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzmittel (Mikroskopaufnahme 300A) und (ii) nach dem Polieren mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzmittel (Mikroskopaufnahme 350A) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf wird beim Wechsel von der Mikroskopaufnahme 300A zur Mikroskopaufnahme 350A eine Rauhigkeitsreduzierung durch alkalisches Polieren erreicht. Die konfokale Lasermikroskopie zeigt, dass die durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) der Probe der Mikroskopaufnahme 300A 504 Nanometer und die maximale Oberflächenrauheit (Rp) 1655 Nanometer beträgt. Die durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) der Probe der Mikroskopaufnahme 350A beträgt 209 Nanometer und die maximale Oberflächenrauheit (Rp) beträgt 485 Nanometer.
In einer weiteren exemplarischen Demonstration beinhaltet Höhenkarten einer Siliziumsubstratoberfläche (i) nach dem Texturieren mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzmittel (Höhenkarte 300B) und (ii) nach dem Polieren mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzmittel (Höhenkarte 350B) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf wird beim Wechsel von der Höhenkarte 300B zur Höhenkarte 350B die Rauhigkeitsreduzierung durch alkalisches Polieren erreicht Die durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) der Probe der Höhenkarte 300B beträgt 504 Nanometer und die maximale Oberflächenrauheit (Rp) beträgt 1655 Nanometer. Die durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) der Probe der Höhenkarte 350B beträgt 209 Nanometer und die maximale Oberflächenrauheit (Rp) beträgt 485 Nanometer.
Als eine erste beispielhafte Solarzellenarchitektur eine stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Rückkontaktsolarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
Bezug nehmend auf beinhaltet eine Solarzelle 400 ein Substrat 401, das eine Lichtaufnahmefläche 402 und eine Rückseitenfläche gegenüber der Lichtaufnahmefläche 402 aufweist. Eine Vielzahl sich abwechselnder Emitterregionen des n-Typs 410 und p-Typs 412 befindet sich auf einer dielektrischen Schicht 414 auf einem Abschnitt 416 der Rückseitenfläche des Substrats 401. In einer Ausführungsform weist der Abschnitt 416 der Rückseitenfläche des Substrats 401 einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null auf, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 402 des Substrats 401. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 401 um ein monokristallines Siliziumsubstrat. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der dielektrischen Schicht 414 um eine Siliziumoxidschicht oder eine Siliziumdioxidschicht, die eine Dicke von annähernd 2 Nanometern oder weniger aufweist.
In einer Ausführungsform entspricht der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 402 des Substrats 401 einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 475 und 525 auf. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 416 der Rückseitenfläche des Substrats 401 entspricht einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 175 und 225 Nanometer.
In einer Ausführungsform entspricht der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 402 des Substrats 401 einer Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 1600 und 1700 Nanometer. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 416 der Rückseitenfläche des Substrats 401 ist eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 400 und 550 Nanometer.
Erneut Bezug nehmend auf befindet sich in einer Ausführungsform eine passivierende dielektrische Schicht 404, wie etwa eine Siliziumoxid- oder Siliziumdioxidschicht, auf der Lichtaufnahmefläche 402 des Substrats 401. Eine optionale Zwischenmaterialschicht (oder -schichten) 406, wie etwa eine amorphe Siliziumschicht, befindet sich auf der passivierenden dielektrischen Schicht 404. Eine Antireflexionsbeschichtung (ARC-Schicht) 408, wie etwa eine Siliziumnitridschicht, befindet sich wie gezeigt auf der optionalen Zwischenmaterialschicht (oder -schichten) 406 oder auf der passivierenden dielektrischen Schicht 404.
Unter erneuter Bezugnahme auf sind in einer Ausführungsform Gräben 418 zwischen den abwechselnden Emitterregionen des n-Typs 410 und p-Typs 412 angeordnet. In einer solchen Ausführungsform weisen die Gräben 418 wie abgebildet eine texturierte Oberfläche auf. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 416 der Rückseitenfläche des Substrats 401 kleiner als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten Oberfläche der Gräben 418.
Unter erneuter Bezugnahme auf in einer Ausführungsform werden leitfähige Kontaktstrukturen 420/422 hergestellt, indem zuerst eine Isolierschicht 424 abgeschieden und so strukturiert wird, dass sie Öffnungen besitzt, und anschließend eine oder mehrere leitfähige Schichten in den Öffnungen ausgebildet werden. Wie nachstehend beschrieben, schließen in einer Ausführungsform die leitfähigen Kontaktstrukturen 420/422 Metall ein und werden durch einen Abscheidungs-, lithographischen und Ätzansatz oder alternativ dazu durch einen Druck- oder Beschichtungsprozess oder alternativ dazu einen Folien- oder Drahthaftprozess ausgebildet.
Als zweite beispielhafte Solarzellenarchitektur stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer weiteren Rückkontaktsolarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
Bezug nehmend auf beinhaltet eine Solarzelle 430 ein Substrat 431, das eine Lichtaufnahmefläche 432 und eine Rückseitenfläche 460 gegenüber der Lichtaufnahmefläche 432 aufweist. Eine Vielzahl sich abwechselnder Emitterregionen des n-Typs 450 und p-Typs 452 befindet sich im Substrat 431 an der Rückseitenfläche 460 des Substrats 431. In einer Ausführungsform weist die Rückseitenfläche 460 des Substrats 431 einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null auf, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 432 des Substrats 431. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 431 um ein monokristallines Siliziumsubstrat.
In einer Ausführungsform entspricht der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 432 des Substrats 431 einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 475 und 525 auf. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null der Rückseitenfläche 460 des Substrats 431 entspricht einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 175 und 225 Nanometern.
In einer Ausführungsform ist der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 432 des Substrats 431 eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 1600 und 1700 Nanometer. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null der Rückseitenfläche 460 des Substrats 431 ist eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 400 und 550 Nanometern.
Erneut Bezug nehmend auf befindet sich in einer Ausführungsform eine passivierende dielektrische Schicht 434, wie etwa eine Siliziumoxid- oder Siliziumdioxidschicht, auf der Lichtaufnahmefläche 432 des Substrats 431. Eine optionale Zwischenmaterialschicht (oder -schichten) 436, wie etwa eine amorphe Siliziumschicht, befindet sich auf der passivierenden dielektrischen Schicht 434. Eine Antireflexionsbeschichtung (ARC-Schicht) 438, wie etwa eine Siliziumnitridschicht, befindet sich wie gezeigt auf der optionalen Zwischenmaterialschicht (oder -schichten) 436 oder auf der passivierenden dielektrischen Schicht 434.
Unter erneuter Bezugnahme auf werden leitfähige Kontaktstrukturen 470/472 hergestellt, indem zuerst eine Isolierschicht 474 abgeschieden und so strukturiert wird, dass sie Öffnungen besitzt, und anschließend eine oder mehrere leitfähige Schichten in den Öffnungen ausgebildet werden. Wie nachstehend beschrieben, schließen in einer Ausführungsform die leitfähigen Kontaktstrukturen 470/472 Metall ein und werden durch einen Abscheidungs-, lithographischen und Ätzansatz oder alternativ dazu durch einen Druck- oder Beschichtungsprozess oder alternativ dazu einen Folien- oder Drahthaftprozess ausgebildet.
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen Hybridsolarzellen. Um einen Kontext bereitzustellen: Hybride oder differenzierte Architekturen versprechen weniger Prozessarbeitsschritte und eine einfachere Architektur, während sie ein Potenzial für hohe Effizienz bieten. Insbesondere betreffen eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen das Bilden von p+- und n+-Polysiliziumemitterregionen für eine Solarzelle, wobei sich die jeweiligen Strukturen der p+- und n+-Polysiliziumemitterregionen voneinander unterscheiden. Die resultierende Struktur kann im Vergleich zu anderen Solarzellenarchitekturen eine niedrigere Durchbruchspannung und niedrigere Leistungsverluste bereitstellen.
Als dritte beispielhafte Solarzellenarchitektur und als Beispiel für eine hybride Architektur stellt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer anderen Rückkontaktsolarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
Bezug nehmend auf beinhaltet eine Solarzelle 500 ein Substrat 502, das eine Lichtaufnahmefläche 504 gegenüber einer Rückseitenfläche aufweist. Eine erste polykristalline Siliziumemitterregion 508 eines ersten Leitfähigkeitstyps befindet sich auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht 510 auf einem Abschnitt 506 der Rückseitenfläche des Substrats 502. Der Abschnitt 506 der Rückseitenfläche des Substrats 502 weist einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null auf, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 504 des Substrats 502. Eine zweite polykristalline Siliziumemitterregion 512 eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps befindet sich auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht 514 in einem Graben 507 in der Rückseitenfläche des Substrats 502. Ein Abschnitt der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion 512 überlappt einen Abschnitt der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion 508.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 502 um ein monokristallines Siliziumsubstrat. In einer Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der n-Typ. In einer weiteren Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der p-Typ.
In einer Ausführungsform entspricht der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 504 des Substrats 502 einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 475 und 525 auf. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 506 der Rückseitenfläche des Substrats 502 entspricht einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 175 und 225 Nanometer.
In einer Ausführungsform ist der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche 504 des Substrats 502 eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 1600 und 1700 Nanometer. Der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 506 der Rückseitenfläche des Substrats 502 ist eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 400 und 550 Nanometer.
Bezugnehmend auf ist in einer Ausführungsform eine dritte dünne dielektrische Schicht 516 zwischen der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion 508 und der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion 512 angeordnet. In einer Ausführungsform ist eine erste leitfähige Kontaktstruktur 518 ist auf der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion 508 angeordnet. Eine zweite leitfähige Kontaktstruktur 520 ist auf der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion 512 vorgesehen.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf weist die Solarzelle 500 in einer Ausführungsform ferner eine Isolierschicht 522 auf, die auf der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion 508 vorgesehen ist. Die erste leitfähige Kontaktstruktur 518 ist durch die Isolierschicht 522 hindurch vorgesehen. Außerdem überlappt sich ein Abschnitt der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion 512 mit der Isolierschicht 522, ist jedoch von der ersten leitfähigen Kontaktstruktur 518 getrennt. In einer Ausführungsform ist eine zusätzliche polykristalline Siliziumschicht 524 des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Isolierschicht 522 angeordnet und die erste leitfähige Kontaktstruktur 518 ist durch die polykristalline Siliziumschicht 524 und durch die Isolierschicht 522 hindurch angeordnet, wie in abgebildet. In einer solchen Ausführungsform sind die zusätzliche polykristalline Siliziumschicht 524 und die zweite polykristalline Siliziumemitterregion 512 aus einer selben Schicht gebildet, die flächendeckend abgeschieden und dann angerissen wird, um Anrisslinien 526 darin bereitzustellen.
Erneut Bezug nehmend auf weist in einer Ausführungsform der Graben 507 eine texturierte Oberfläche 528 auf. In einer solchen Ausführungsform sind die zweite polykristalline Siliziumemitterregion 512 und die zweite dünne dielektrische Schicht 514 wie in abgebildet konform mit der texturierten Oberfläche 528. In einer bestimmten Ausführungsform ist der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts 506 der Rückseitenfläche des Substrats 502 kleiner als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der texturierten Oberfläche 528 des Grabens 507.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf weist die Solarzelle 500 in einer Ausführungsform ferner eine vierte dünne dielektrische Schicht 530 auf, die auf der Lichtaufnahmefläche 504 des Substrats 502 vorgesehen ist. Eine polykristalline Siliziumschicht 532 des -Typs ist auf der vierten dünnen dielektrischen Schicht 532 angeordnet. Eine Antireflexionsbeschichtung (ARC-Schicht) 534, wie etwa eine Schicht aus Siliziumnitrid, ist auf der polykristallinen Siliziumschicht 532 des n-Typs angeordnet. In einer solchen Ausführungsform wird die vierte dünne dielektrische Schicht 532 durch im Wesentlichen den gleichen Prozess gebildet, der verwendet wird, um die zweite dünne dielektrische Schicht 514 zu bilden.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 502 um ein monokristallines Siliziumsubstrat des n-Typs. In einer Ausführungsform beinhalten die erste dünne dielektrische Schicht 510, die zweite dünne dielektrische Schicht 514 und die dritte dünne dielektrische Schicht 516 Siliziumdioxid. In einer weiteren Ausführungsform jedoch beinhalten die erste dünne dielektrische Schicht 510 und die zweite dünne dielektrische Schicht 514 Siliziumdioxid, während die dritte dünne dielektrische Schicht 516 Siliziumnitrid beinhaltet. In einer Ausführungsform beinhaltet die Isolatorschicht 522 Siliziumdioxid.
Unter Bezugnahme auf die , und in einer Ausführungsform beinhaltet die Herstellung der leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 die Einbeziehung einer oder mehrerer gesputterter, plattierter oder gebundener leitender Schichten. In einer Ausführungsform werden die leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 gebildet, indem zunächst eine Metallkeimschicht auf den freiliegenden Abschnitten der jeweiligen Emitterregionen (z. B. den freiliegenden Abschnitte der vorstehend beschriebenen polykristallinen Siliziumschichten vom p-Typ oder n-Typ) gebildet wird. Um die Bildung der Metallkeimschicht auf begrenzte Stellen zu richten, wird in einer solchen Ausführungsform zuerst eine Maske gebildet, um nur ausgewählte Abschnitte der Emitterregionen des n-Typs und p-Typs freizulegen.
In einer Ausführungsform ist die Metallkeimschicht eine Metallkeimschicht auf Aluminiumbasis. In einer Ausführungsform umfasst die Metallkeimschicht eine Schicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,05 bis 20 Mikrometern und umfasst Aluminium in einer Menge von mehr als etwa 90 Atom-%. In einer Ausführungsform wird die Metallkeimschicht als eine Deckschicht abgeschieden, die später strukturiert wird, z. B. unter Verwendung eines Abscheidungs-, Lithographie- und Ätzansatzes. In einer anderen Ausführungsform wird die Metallkeimschicht als strukturierte Schicht abgeschieden. In einer derartigen Ausführungsform wird die strukturierte Metallkeimschicht durch Drucken der strukturierten Metallkeimschicht abgeschieden.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Kontaktbildung ferner das Bilden einer Metallschicht durch Plattieren auf der Metallkeimschicht, um die leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Metallschicht eine Kupferschicht. Dementsprechend werden in einer Ausführungsform die leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 gebildet, indem zuerst eine Metallkeimschicht gebildet wird und dann ein Elektroplattierungsverfahren durchgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform werden die leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 durch Drucken einer Paste gebildet. Die Paste kann aus einem Lösungsmittel und den Aluminium/Silizium(Al/Si)-Legierungspartikeln bestehen. Ein anschließendes Galvanisieren oder elektrolytisches Beschichten kann dann durchgeführt werden. Die Paste kann zusätzlich zur oder anstelle der Metallkeimschicht gebildet werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden die leitenden Kontakte 420/422 oder 470/472 oder 518/520 gebildet, indem zuerst die Metallkeimschicht gebildet wird und dann eine Metallfolienschicht auf die Metallkeimschicht geklebt wird. In einer Ausführungsform ist die Metallfolie eine Aluminiumfolie (Al-Folie) mit einer Dicke etwa im Bereich von 5 bis 100 Mikrometern. In einer Ausführungsform ist die Al-Folie eine Aluminiumlegierungsfolie, die Aluminium und ein zweites Element wie Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium, Zink, Zinn, Lithium oder Kombinationen davon umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform ist die Al-Folie eine Folie mit Härtegrad, wie zum Beispiel Grad F (wie hergestellt), Grad O (vollständig weich), Grad H (kaltverfestigt) oder Grad T (wärmebehandelt), ohne darauf beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform ist die Aluminiumfolie eine anodisierte Aluminiumfolie. In einer Ausführungsform wird die Metallfolie mit der Metallkeimschicht verschweißt. Die Metallfolie kann anschließend strukturiert werden, etwa durch Laserablation und/oder Ätzen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Metalldraht auf der Metallkeimschicht gebildet. In einer derartigen Ausführungsform ist der Draht ein Draht aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu). In einer Ausführungsform wird der Metalldraht mit der Metallkeimschicht verschweißt.
Es ist ersichtlich, dass ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Prozesse umgesetzt werden können, um eine Solarzelle herzustellen. Die vorstehend beschriebenen Prozesse können in ihrer Gesamtheit umgesetzt werden oder Teile des einen oder der mehreren vorstehend beschriebenen Prozesse können umgesetzt werden, um eine Solarzelle herzustellen.
Auch wenn bestimmte Materialien konkret in Bezug auf vorstehend beschriebene Ausführungsformen beschrieben sind, können einige Materialien in anderen derartigen Ausführungsformen einfach durch andere ersetzt werden, die dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform anstelle eines Siliziumsubstrats ein Substrat aus einem anderen Material verwendet werden, wie etwa ein Substrat der Materialgruppen III bis V. Außerdem ist ersichtlich, dass bei der konkreten Beschreibung der n+- und p+-Dotierung im Zusammenhang mit Emitterregionen auf einer Rückseitenfläche einer Solarzelle andere betrachtete Ausführungsformen die entgegengesetzte Reihenfolge des Leitfähigkeitstyps beinhalten, d. h. eine Dotierung des n+- und dann des p+-Typs. In anderen Ausführungsformen wird ein p-dotiertes Substrat anstelle eines n-dotierten Substrats verwendet. In anderen Ausführungsformen ist ein Dotierungsfenster, das zum Dotieren des Substrats verwendet wird, ein relativ großes Dotierungsfenster. Obwohl im Wesentlichen auf Anordnungen von Rückkontakt-Solarzellen Bezug genommen wird, ist zusätzlich zu beachten, dass die hierin beschriebenen Vorgehensweisen auch auf Frontkontakt-Solarzellen angewendet werden können. In anderen Ausführungsformen können die vorstehend beschriebenen Ansätze auf die Herstellung von anderen Bauteilen als Solarzellen anwendbar sein. Beispielsweise kann die Herstellung von Leuchtdioden (LED) von hierin beschriebenen Ansätzen profitieren.
Des Weiteren kann in einer Ausführungsform ein Clusterwerkzeug zur chemischen Dampfabscheidung (CVD) dazu verwendet werden, viele der oben stehend beschriebenen Prozessarbeitsschritte in einem einzigen Durchgang in einem einzigen Prozess-Werkzeug zu kombinieren. Beispielsweise können in einer solchen Ausführungsform bis zu vier verschiedene CVD-Arbeitsschritte und ein RTP-Arbeitsschritt in einem einzigen Durchgang in einem Clusterwerkzeug durchgeführt werden. Die CVD-Arbeitsschritte können Abscheidungen von Schichten, z. B. der oben stehend beschriebenen Rückseiten-p+-Polysiliziumschicht, sowohl Vorder- als auch Rückseiten-n+-Polysiliziumschichten und der ARC-Schicht, aufweisen. In einer Ausführungsform ist das Cluster-CVD-Werkzeug ein plasmaverstärktes chemisches Dampfabscheidungswerkzeug (PEVCD).
So wurde das chemische Polieren von Solarzellenoberflächen und den daraus resultierenden Strukturen offenbart.
Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken, auch wenn nur eine einzige Ausführungsform in Hinblick auf ein bestimmtes Merkmal beschrieben ist. Beispiele für Merkmale, die in der Offenbarung bereitgestellt werden, sollen veranschaulichend und nicht einschränkend sein, sofern nichts anderes angegeben ist. Die vorstehende Beschreibung soll solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente einschließen, die für den Fachmann ersichtlich sind, der von der vorliegenden Offenbarung profitiert.
Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet Merkmale oder Kombinationen von Merkmalen, die hierin (entweder ausdrücklich oder stillschweigend eingeschlossen) offenbart sind, oder jegliche Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob dadurch einzelne oder alle der hierin angesprochenen Probleme abgemildert werden. Entsprechend können während des Verfahrens im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung (oder einer Anmeldung, die diesbezüglich Priorität beansprucht) neue Ansprüche zu jeder solchen Kombination von Merkmalen formuliert werden. Insbesondere können Bezug nehmend auf die beigefügten Ansprüche Merkmale aus Unteransprüchen mit jenen der Hauptansprüche kombiniert werden und Merkmale entsprechender Hauptansprüche können in jeder geeigneten Weise und nicht lediglich in den konkreten Kombinationen kombiniert werden, die in den beigefügten Ansprüchen aufgezählt sind.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, umfassend: das Texturieren sowohl der ersten als auch der zweiten Seitenflächen eines Siliziumsubstrats mit einem ersten hydroxidbasierten Ätzverfahren; das Reduzieren eines Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats mit einem zweiten hydroxidbasierten Ätzprozess; und nach dem Reduzieren des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats, das Bilden von Emitterregionen auf der zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess das Aussetzen der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats gegenüber einer wässrigen Lösung von zwischen 5 und 45 Gew.-% Kaliumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für einen Zeitraum zwischen 1 und 30 Minuten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess das Aussetzen der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats gegenüber einer wässrigen Lösung von zwischen 3 und 45 Gew.-% Natriumhydroxid bei einer Temperatur zwischen 50 und 90 Grad Celsius für einen Zeitraum zwischen 1 und 30 Minuten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste hydroxidbasierte Ätzprozess ein erster kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess ist und der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess ein zweiter kaliumhydroxidbasierter Ätzprozess ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite hydroxidbasierte Ätzprozess auf die texturierte zweite Seitenfläche des Siliziumsubstrats unter Verwendung eines Sprühwerkzeugs, von Walzen oder eines einseitigen Ätzbades angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste hydroxidbasierte Ätzprozess in einem chemischen Bad auf das Siliziumsubstrat angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats das Reduzieren einer durchschnittlichen Oberflächenrauhigkeit (Ra) von 475-525 Nanometer auf 175-225 Nanometer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren des Oberflächenrauhigkeitsfaktors der texturierten zweiten Seitenfläche des Siliziumsubstrats das Reduzieren einer Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) von zwischen 1600-1700 Nanometer auf 400-550 Nanometer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Seitenfläche eine vordere Seitenfläche und die zweite Seitenfläche eine hintere Seitenfläche ist.
Solarzelle, umfassend: ein Substrat, das eine Lichtaufnahmefläche und eine Rückseitenfläche aufweist; und eine Vielzahl von abwechselnden Emitterregionen des n-Typs und p-Typs in oder über einem Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats, wobei der Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null aufweist, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats.
Solarzelle nach Anspruch 10, wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 475 und 525 aufweist, und wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts der Rückseitenfläche des Substrats eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 175 und 225 Nanometer aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 10, wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 1600 und 1700 Nanometern aufweist, und worin der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts der Rückseitenfläche des Substrats eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 400 und 550 Nanometern aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 10, wobei das Substrat ein monokristallines Siliziumsubstrat ist.
Solarzelle nach Anspruch 10, wobei sich die Vielzahl von sich abwechselnden Emitterregionen des n-Typs und p-Typs in dem Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats befindet.
Solarzelle nach Anspruch 10, wobei sich die Vielzahl von sich abwechselnden Emitterregionen des n-Typs und p-Typs auf einer dielektrischen Schicht in dem Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats befindet.
Solarzelle, umfassend: ein Substrat, das eine Lichtaufnahmefläche und eine Rückseitenfläche aufweist; eine erste polykristalline Siliziumemitterregion eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet ist, die auf einem Abschnitt der Rückseite des Substrats angeordnet ist, wobei der Abschnitt der Rückseitenfläche des Substrats einen Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null aufweist, der kleiner ist als ein Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats; und eine zweite polykristalline Siliziumemitterregion eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht in einem Graben in der Rückseitenfläche des Substrats, wobei ein Abschnitt der zweiten polykristallinen Siliziumemitterregion einen Abschnitt der ersten polykristallinen Siliziumemitterregion überlappt.
Solarzelle nach Anspruch 16, wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 475 und 525 aufweist, und wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts der Rückseitenfläche des Substrats eine durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Ra) zwischen 175 und 225 Nanometer aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 16, wobei der Oberflächenrauhigkeitsfaktor der Lichtaufnahmefläche des Substrats eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 1600 und 1700 Nanometern aufweist, und worin der Oberflächenrauhigkeitsfaktor ungleich Null des Abschnitts der Rückseitenfläche des Substrats eine Spitzenoberflächenrauhigkeit (Rp) zwischen 400 und 550 Nanometern aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 16, wobei das Substrat ein monokristallines Siliziumsubstrat ist.
Solarzelle nach Anspruch 16, wobei der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist.