DE102021129460A1 - Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle - Google Patents

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Bernhard KLÖTER
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend- ein Substrat (1) mit einer Frontseite (11) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13),- eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11) angeordnet ist,- eine Frontseiten-Elektrode (14), die auf der Frontseite (11) angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) elektrisch verbunden ist,- eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist,- eine Tunnelschicht (4), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist,- eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der Tunnelschicht (4) angeordnet ist,- eine Rückseiten-Elektrode (15), die auf der Rückseite (12) angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) elektrisch verbunden ist,- einen Isolationsabschnitt (16), der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite (11) und auf den der Oberfläche der Frontseite (11) angrenzenden Kanten (13) ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) in dem Isolationsabschnitt (16) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert.Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Solarzellen-Halbzeug, dass mehreren Ätzschritten unterzogen wird, um den Isolationsabschnitt (16) zu erzeugen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Solarzelle, die ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und Rückseite erstreckenden Kanten, eine leitfähige Frontseiten-Schicht, eine Frontseiten-Elektrode, eine Tunnelschicht, eine leitfähige Rückseiten-Schicht, und eine Rückseiten-Elektrode aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Solarzelle. Die Frontseite ist die Seite, auf die im Betrieb der Solarzelle Licht fällt, während die Rückseite eine im Betrieb der Solarzelle lichtabgewandte Seite der Solarzelle darstellt.
  • Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet, und die Frontseiten-Elektrode ist auf der Frontseite insbesondere der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht elektrisch verbunden. Die Tunnelschicht ist auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist auf der Tunnelschicht angeordnet. Die Rückseiten-Elektrode ist auf der Rückseite angeordnet und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht elektrisch verbunden. Eine solche Solarzelle wird als TOPCon- (Tunnel Oxide Passivated Contact-) Zelle bezeichnet.
  • Eine derartige Solarzelle ist aus der EP 3 026 713 A1 bekannt, wobei die Solarzelle einen Isolationsabschnitt aufweist, in dem die leitfähige Rückseiten-Schicht und optional die Tunnelschicht ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der leitfähigen Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist. Dieser Isolationsabschnitt ist notwendig, da die sich auf der Rückseite befindenden Schichten während des Herstellungsverfahrens derart gebildet werden, dass sie sich auch entlang der Kanten erstrecken und ggf. auch auf die Frontseite umgreifen, d.h. in an die Kanten angrenzenden Bereichen der Frontseite ausgebildet sind. Dieser Isolationsabschnitt kann an einem Randbereich der Frontseite, der Kanten oder der Rückseite angeordnet sein. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einer noch weiter verbesserten Solarzelle.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Solarzelle mit den Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Modifikationen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung beruht einerseits auf der Grundidee bzw. Erkenntnis, dass sich bei einer Prozessführung zur Herstellung einer Solarzelle, in der das Substrat auf der Rückseite des Substrats mit einer Tunnelschicht versehen wird und dann die leitfähige Rückseiten-Schicht unter Verwendung eines Dotier-Schritts und eines daran anschließenden Annealing-Schritts auf der Tunnelschicht aufgebracht wird, während der Ausführung dieser Prozessschritte eine hochdotierte Rückseiten-Schicht ausgebildet wird, so dass zwischen dem Substrat und der Tunnelschicht die hochdotierte Rückseiten-Schicht angeordnet ist. Andererseits beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass ein Kurzschluss (Shunt) im Bereich des Aufeinandertreffens der hochdotierten Rückseiten-Schicht mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht auftritt, da die Tunnelschicht keine ausreichende Isolation für den Stromfluss bietet. Der Isolationsabschnitt liegt daher auf oder in der Nähe der Kante der Solarzelle insbesondere in dem Bereich, in dem die leitfähige Frontseiten-Schicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht aufeinandertreffen. Weiterhin wird das Aufeinandertreffen der leitfähigen Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht ebenfalls vermieden, so dass ein solche Kontaktzone nicht gebildet wird und kein Kurzschluss entsteht.
  • Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend
    • - ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und Rückseite erstreckenden Kanten,
    • - eine leitfähige Frontseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet ist,
    • - eine Frontseiten-Elektrode, die auf der Frontseite angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht elektrisch verbunden ist,
    • - eine hochdotierte Rückseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet ist,
    • - eine Tunnelschicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht angeordnet ist,
    • - eine leitfähige Rückseiten-Schicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht und der Tunnelschicht angeordnet ist,
    • - eine Rückseiten-Elektrode, die auf der Rückseite angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht elektrisch verbunden ist,
    • - einen Isolationsabschnitt, der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite und auf den der Oberfläche der Frontseite angrenzenden Kanten ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht, die Tunnelschicht und die leitfähige Rückseiten-Schicht in dem Isolationsabschnitt ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist.
  • Diese Solarzelle weist eine hochdotierte Rückseiten-Schicht zwischen dem Substrat und der Tunnelschicht auf. Der Isolationsabschnitt stellt sicher, dass die leitfähige Frontseiten-Schicht weder elektrischen Kontakt zu der hochdotierten Rückseiten-Schicht noch elektrischen Kontakt zu der leitfähigen Rückseiten-Schicht hat, um einen Kurzschluss zu verhindern.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Isolationsabschnitt eine Breite im Bereich von 1 nm bis 1 mm auf, wobei die Breite des Isolationsabschnitts einem Abstand zwischen der leitfähigen Frontseiten-Schicht und dem Rückseiten-Schichtpaket entspricht. Die Breite ist ausreichend, um im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Solarzelle sicherzustellen, dass kein unerwünschter Kurzschlussstrom fließt.
  • Bevorzugt weist die Solarzelle weiterhin eine Frontseiten-Passivierschicht auf, die auf der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet ist. Die Frontseiten-Passivierschicht ist bevorzugt auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich weist die Solarzelle weiterhin eine Rückseiten-Passivierschicht auf, die auf der Tunnelschicht und der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet ist. Die Rückseiten-Passivierschicht ist bevorzugt auf einer von der Tunnelschicht abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet. Bevorzugt ist die Frontseiten- und/oder Rückseiten-Passivierschicht eine dielektrische Schicht.
  • Das Substrat ist bevorzugt ein Silizium-Wafer, bevorzugter ein n-Typ c-Si-Wafer. Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist bevorzugt eine p-Emitterschicht, bevorzugter eine p+-Emitterschicht. Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist bevorzugt akzeptordotiert, bevorzugter bordotiert. Die Tunnelschicht ist bevorzugt eine (dünne) Siliziumoxidschicht in Form von SiOx mit 0<x<=2. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die leitfähige Rückseiten-Schicht als eine n-Typ Emitterschicht, bevorzugt als n-Typ poly-Si-Schicht ausgebildet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist bevorzugt donordotiert, insbesondere phosphordotiert. Die hochdotierte Rückseiten-Schicht ist bevorzugt ein n-dotierter Bereich bevorzugter n+-dotierter Bereich, der als Schicht ausgebildet ist. Ohne an die folgende Hypothese gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die hochdotierte Rückseiten-Schicht während der Herstellung der leitfähigen Rückseiten-Schicht bei den Dotier- und Annealing-Schritten durch ein Eindiffundieren des Dotiermittels durch die Tunnelschicht hindurch in das Substrat entsteht.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte
    • - Bereitstellen eines Solarzellen-Halbzeugs, wobei das Solarzellen-Halbzeug aufweist:
      • • ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und Rückseite erstreckenden Kanten,
      • • eine leitfähige Frontseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet ist,
      • • eine Frontseiten-Glasschicht, die auf der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet ist,
      • • eine hochdotierte Rückseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet ist und sich entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
      • • eine Tunnelschicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht angeordnet ist und sich auch entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
      • • eine leitfähige Rückseiten-Schicht, die auf einer von der hochdotierten Rückseiten-Schicht abgewandten Seite der Tunnelschicht angeordnet ist und sich entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
      • • eine Rückseiten-Glasschicht, die auf einer von der Tunnelschicht abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet ist, und
    • - Durchführen einer Kantenisolation, so dass ein Isolationsabschnitt auf einer Oberfläche der Frontseite angrenzend zu den Kanten gebildet wird, wobei in dem Isolationsabschnitt ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht, die Tunnelschicht und die leitfähige Rückseiten-Schicht ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Rückseiten-Schichtpaket und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist.
  • Die zur Solarzelle beschriebenen Vorteile und Modifikationen gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.
  • Die bereitgestellte Kantenisolation verhindert, dass signifikante Kurzschlussströme von der leitfähigen Frontseiten-Schicht in die hochdotierte Rückseiten-Schicht und in die leitfähige Rückseiten-Schicht fließen können. Durch die elektrische Trennung dieser Schichten werden daher solche Kurzschlussströme im Betrieb der Solarzelle hinreichend verhindert.
  • Die hochdotierte Rückseiten-Schicht wird bevorzugt während des Erzeugens der leitfähigen Rückseiten-Schicht, die mittels Aufbringen, Dotieren und Annealen der Rückseiten-Schicht erzeugt wird, mittels Eindiffundierens in das Substrat gebildet. Das Annealen wird bevorzugt bei einer Temperatur von 800 - 1100°C durchgeführt. Durch diese Prozessführung wird bei einem bereits mit der insbesondere durch Dotierung leitfähigen Frontseiten-Schicht versehenen Substrat die hochdotierte Rückseiten-Schicht auch an den Kanten gebildet, so dass ein Zwischenbereich entsteht, in dem die Dotierung der leitfähigen Frontseiten-Schicht und die Dotierung der hochdotierten Rückseiten-Schicht aufeinandertreffen und den Zwischenbereich bilden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kantenisolation das Durchführen eines frontseitigen sauren Ätzschritts und ein anschließendes Durchführen eines alkalischen Ätzschritts auf. Durch den frontseitigen sauren Ätzschritt wird insbesondere die sich dort befindende Rückseiten-Glasschicht entfernt, während sie auf der Rückseite erhalten bleibt. Der frontseitige saure Ätzschritt wird bevorzugt inline durchgeführt. Die vollständige Entfernung der Rückseiten-Glasschicht von der Frontseite ist sehr wichtig, da im anschließenden alkalischen Ätzschritt die leitfähige Rückseiten-Schicht, das Tunneloxid und die Teile der hochdotierten Rückseiten-Schicht auf der Frontseite und den Kanten entfernt wird. Hierbei ist von Bedeutung, dass ein reiner alkalischer Ätzschritt nicht ausreicht, um die Rückseiten-Glasschicht zu entfernen, da diese wie ein Ätzstopp im alkalischen Ätzprozess fungiert. Der alkalische Ätzschritt kann wahlweise als Einseiten- (Batch oder inline) oder Tauchprozess (Batch) durchgeführt werden.
  • Bevorzugt weist der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF-haltigen Lösung auf. Dadurch wird die Rückseiten-Glasschicht auf der Frontseite effektiv entfernt. Bevorzugter weist der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF-haltigen Lösung, die 1-10 Gew.-% HF enthält, bei 10-40°C und 10s bis 100s, auf. Durch diese Prozessführung wird sichergestellt, dass die Rückseiten-Glasschicht vollständig im der HF-haltigen Lösung ausgesetzten Bereich entfernt wird, ohne dass die Rückseiten-Glasschicht auf der Rückseite beschädigt wird, da diese noch als Schutz der Rückseite in dem alkalischen Ätzschritt benötigt wird. Zudem wird sicherstellt, dass die Dicke der Frontseiten-Glasschicht nicht zu stark reduziert wird, denn diese wird als Schutz der Frontseite in dem alkalischen Ätzschritt benötigt. Charakteristiken dieses sauren Ätzschritts sind, dass die freiliegende leitfähige Rückseiten-Schicht hydrophob ist, während die Rückseiten- und Frontseiten-Glasschichten hydrophil sind. Durch die lokalen Reste der Rückseiten-Glasschicht auf der Rückseite kann in dem anschließenden alkalischen Ätzschritt auf der Rückseite eine Wasserkappe erzeugt werden, die die leitfähige Rückseiten-Schicht auf der Rückseite vor Entfernung schützt, denn in diesem Schritt soll die leitfähige Rückseiten-Schicht das Tunneloxid und die Teile der hochdotierten Rückseiten-Schicht auf der Frontseite und den Kanten entfernt werden.
  • Bevorzugt wird der alkalische Ätzschritt nasschemisch durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung auf. Bevorzugter weist der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, die 1-20 Gew.-% KOH, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% KOH, enthält, bei 50-85°C und 50-200s auf. Dadurch wird sichergestellt, dass die leitfähige Rückseiten-Schicht von der Frontseite und optional von den Kanten vollständig entfernt wird. Die Entfernung der leitfähigen Rückseiten-Schicht auf der Frontseite ist sichtbar beispielsweise unter Verwendung eines Mikroskops. Auch die Dicke der Frontseiten-Glasschicht kann durch den alkalischen Ätzschritt reduziert werden, was durch eine Farbveränderung wahrnehmbar ist.
  • Wenn der alkalische Ätzschritt so lange durchgeführt wird, dass die TunnelSchicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht im Isolationsabschnitt entfernt werden, wird eine Solarzelle bereitgestellt, deren Frontseite und Rückseite noch die Frontseiten-Glasschicht bzw. die Rückseiten-Glasschicht aufweist. Diese können durch saure Ätzung entfernen werden, bevorzugt nasschemisch durch Aussetzen der Front- und Rückseite zu einer HF-haltigen Lösung. Eine Charakteristik dieser Prozessführung besteht darin, dass die Waferoberflächen nach Entfernung der Glasschichten hydrophob sind. Neben dem Entfernen der Glasschichten können durch die saure Ätzung die Oberflächen von Rückständen gereinigt werden. Im Anschluss an die saure Ätzung können die Frontseite und Rückseite jeweils mit Passivierschichten und Elektroden versehen werden. Verfahren hierzu sind allgemein bekannt.
  • Wird der alkalische Ätzschritt nach Entfernung der leitfähigen Rückseiten-Schicht von der Frontseite und Kanten abgebrochen, so dass die Tunnelschicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht auf der Frontseite und den Kanten vollständig erhalten bleiben, ist die Möglichkeit des Kurzschlusses in der Nähe der Kante noch vorhanden. Bevorzugt weist die Kantenisolation in diesem Fall weiterhin im Anschluss an den alkalischen Ätzschritt ein Durchführen eines weiteren sauren Ätzschritts und daran anschließend ein Durchführen eines weiteren alkalischen Ätzschritts auf. Durch die Weiterbehandlung werden die Tunnelschicht und die hochdotierten Rückseiten-Schicht von der Frontseite auch an den Kanten entfernt, so dass ein Kontakt der leitfähigen Frontseiten-Schicht zu dem Rückseiten-Schichtpaket unterbrochen wird und damit der Kurzschluss entfernt ist. Durch den weiteren sauren Ätzschritt wird die Tunnelschicht entfernt, und durch den anschließenden weiteren alkalischen Ätzschritt wird die hochdotierte Rückseiten-Schicht entfernt. Im Anschluss werden bevorzugt die Frontseiten-Glasschicht und die sich noch auf der Rückseite befindende Rückseiten-Glasschicht durch die saure Ätzung entfernt, wie vorstehend bereits beschrieben. Im Anschluss an die saure Ätzung wird wiederum die Solarzelle bereitgestellt, deren Frontseite und Rückseite jeweils mit Passivierschichten und Elektroden versehen werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der weitere saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF-haltigen-Lösung auf, und der weitere alkalische Ätzschritt weist ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugter ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85°C und 50-200s, auf. Diese Prozessparameter stellen eine vollständige Entfernung der Tunnelschicht bzw. der hochdotierten Rückseiten-Schicht sicher. Der weitere alkalische Ätzschritt kann wahlweise als Einseiten- (Batch oder inline) oder Tauchprozess (Batch) durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die leitfähige Rückseiten-Schicht als eine n-Typ bevorzugter n+-Emitterschicht, bevorzugt als n-Typ poly-Si-Schicht, ausgebildet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist bevorzugt mit Phosphor dotiert. Die Rückseiten-Glasschicht ist bevorzugt eine Phosphorsilikat-Glasschicht oder eine Siliziumoxid-Schicht in Form von SiOx mit 0<x<=2.
  • Bevorzugt ist die leitfähige Frontseiten-Schicht als eine p-Typ, bevorzugter als p+- Emitterschicht ausgebildet. Bevorzugt ist die leitfähige Frontseiten-Schicht bordotiert. Die Frontseiten-Glasschicht ist bevorzugt eine Borsilikat-Glasschicht oder eine Siliziumoxid-Schicht in Form von SiOx mit 0<x<=2.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen jeweils schematisch und nicht maßstabsgerecht:
    • 1,2 jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Stand der Technik; und
    • 3 bis 6 jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In allen Figuren ist jeweils eine Teil-Querschnittsansicht der Solarzelle bzw. eines Solarzellen-Halbzeugs gezeigt.
  • 1,2 zeigen jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß EP 3 026 713 A1 als Stand der Technik.
  • 1 zeigt eine Bereitstellung eines Solarzellen-Halbzeugs, das ein Substrat 1 mit einer Frontseite 11 und einer Rückseite 12 und mehreren sich zwischen der Frontseite 11 und Rückseite 12 erstreckenden Kanten 13 aufweist, von denen eine gezeigt ist. Ferner ist eine leitfähige Frontseiten-Schicht 2 auf einer Oberfläche der Frontseite 11 angeordnet. Eine Frontseiten-Glasschicht 3 ist weiterhin auf einer von dem Substrat 1 abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht 2 angeordnet ist. Auf der Rückseite 12 ist eine Tunnelschicht 4 auf dem Substrat angeordnet und erstreckt sich auch entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11. Ferner ist eine leitfähige Rückseiten-Schicht 5 auf einer von dem Substrat 1 abgewandten Seite der Tunnelschicht 4 angeordnet ist und erstreckt sich entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11. Weiterhin ist eine Rückseiten-Glasschicht 6, die auf einer von der Tunnelschicht 4 abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht 5 angeordnet und erstreckt sich entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11.
  • Die Tunnelschicht 4, die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 und die Rückseiten-Glasschicht 6 greifen auf die Frontseite 11 um, d.h. sie sind in einem Randbereich von ihr angeordnet. Ein Bereich, in dem die leitfähige Frontseiten-Schicht 2, die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 aufeinandertreffen ist durch einen Kreis hervorgehoben. Das in 1 gezeigte Solarzellen-Halbsubstrat wird einem Entfernungsprozess unterzogen, so dass das in 2 gezeigte Solarzellen-Halbzeug erhalten wird. Das in 2 gezeigte Solarzellen-Halbzeug entspricht dem in 1 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass es einen Isolationsabschnitt 16 in dem durch den Kreis hervorgehobenen Bereich aufweist und dass die Rückseitenglas-Schicht 6 entfernt ist. In dem Isolationsabschnitt sind die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt. Der Entfernungsprozess führte also dazu, dass die Rückseiten-Glasschicht 6 und in dem Isolationsabschnitt 16 die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt wurden.
  • 3 bis 6 zeigen jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In der 3 wird ein Solarzellen-Halbzeug bereitgestellt. Das in 3 gezeigte Solarzellen-Halbzeug entspricht dem in 1 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass auf der Rückseite 12 zwischen dem Substrat 1 und der Tunnelschicht 4 eine hochdotierte Rückseiten-Schicht 7 angeordnet ist. Das in 3 gezeigte Solarzellen-Halbzeug wird einem einseitigen frontseitigen sauren Ätzschritt und einem einseitigen alkalischen Ätzschritt unterzogen. Das dem Ätzschritt unterzogene Solarzellen-Halbzeug ist in 4 gezeigt. Es entspricht dem in 3 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass die Rückseiten-Glasschicht 6 im Bereich der Frontseite 11 und im Bereich der Kanten 13 mittels des sauren Ätzschritts entfernt ist, so dass sie nur auf der Rückseite 12 verbleibt, mit dem Unterschied, dass ein Isolationsabschnitt 16 durch den alkalischen Ätzschritt gebildet wird. In dem Isolationsabschnitt 16 sind Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt, so dass ein Zwischenbereich 17 freiliegt, in dem die leitfähige Frontseiten-Schicht 2 und die hochdotierte Rückseiten-Schicht 7 aufeinandertreffen. Das in 4 gezeigte Solarzellen-Halbzeug wird entweder weiterhin dem vorstehenden alkalischen Ätzschritt unterzogen oder einem weiteren einseitigen frontseitigen sauren Ätzschritt und einem weiteren alkalischen Ätzschritt.
  • Nach der Durchführung einer der beiden vorstehenden Verfahrensvarianten wird ein Solarzellen-Halbzeug erhalten, das in 5 gezeigt ist. Es entspricht dem in 4 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass der Isolationsabschnitt 16 frei von der Tunnelschicht 4 und der hochdotierten Rückseiten-Schicht 7 ist. Die Tunnelschicht 4, die hochdotierte Rückseiten-Schicht 7 und auch der Zwischenbereich 17 sind in dem Isolationsabschnitt 16 entfernt. Nun wird das in 5 gezeigte Solarzellen-Halbzeug einer beidseitigen sauren Ätzung unterzogen, in der die Frontseiten-Glasschicht 3 und die rückseitigen Reste der Rückseiten-Glasschicht 6 entfernt werden, so dass die Frontseite 11 mit einer Frontseiten-Passivierschicht 9 und einer Frontseiten-Elektrode 14 versehen werden kann, die mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht 2 elektrisch kontaktiert ist. Auch die Rückseite 12 kann weiterhin mit einer auf die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 aufgebrachte Rückseiten-Passivierschicht 8 und einer Rückseiten-Elektrode 15 versehen werden, die mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht 5 elektrisch verbunden werden. Eine solche mit den vorstehenden Passivierschichten 8,9 und Elektroden 14, 15 versehene Solarzelle ist in 6 gezeigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substrat
    2
    leitfähige Frontseiten-Schicht
    3
    Frontseiten-Glasschicht
    4
    Tunnelschicht
    5
    leitfähige Rückseiten-Schicht
    6
    Rückseiten-Glasschicht
    7
    hochdotierte Rückseiten-Schicht
    8
    Rückseiten-Passivierschicht
    9
    Frontseiten-Passivierschicht
    11
    Frontseite
    12
    Rückseite
    13
    Kante
    14
    Frontseiten-Elektrode
    15
    Rückseiten-Elektrode
    16
    Isolationsabschnitt
    17
    Zwischenbereich
  • 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
    • EP 3026713 A1 [0003, 0026]

Claims (10)

  1. Solarzelle, aufweisend - ein Substrat (1) mit einer Frontseite (11) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13), - eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11) angeordnet ist, - eine Frontseiten-Elektrode (14), die auf der Frontseite (11) angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) elektrisch verbunden ist, - eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist, - eine Tunnelschicht (4), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist, - eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der Tunnelschicht (4) angeordnet ist, - eine Rückseiten-Elektrode (15), die auf der Rückseite (12) angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) elektrisch verbunden ist, - einen Isolationsabschnitt (16), der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite (11) und auf den der Oberfläche der Frontseite (11) angrenzenden Kanten (13) ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) in dem Isolationsabschnitt (16) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert ist.
  2. Solarzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsabschnitt (16) eine Breite im Bereich von 1nm bis 1mm aufweist, wobei die Breite des Isolationsabschnitts (16) einem Abstand zwischen der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) und dem Rückseiten-Schichtpaket entspricht.
  3. Solarzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin aufweist: eine Frontseiten-Passivierschicht (9), die auf einer von dem Substrat (1) abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) angeordnet ist und/oder eine Rückseiten-Passivierschicht (8), die auf einer von der Tunnelschicht (4) abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) angeordnet ist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte - Bereitstellen eines Solarzellen-Halbzeugs, wobei das Solarzellen-Halbzeug aufweist: • ein Substrat (1) mit einer Frontseite (11) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13), • eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11) angeordnet ist, • eine Frontseiten-Glasschicht (3), die auf einer von dem Substrat (1) abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) angeordnet ist, • eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist und sich entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11) erstreckt, • eine Tunnelschicht (4), die auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist und sich auch entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11) erstreckt, • eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf einer von der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) abgewandten Seite der Tunnelschicht (4) angeordnet ist und sich entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11) erstreckt, • eine Rückseiten-Glasschicht (6), die auf einer von der Tunnelschicht (4) abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) angeordnet ist, und - Durchführen einer Kantenisolation, so dass ein Isolationsabschnitt (16) auf einer Oberfläche der Frontseite (11) angrenzend zu den Kanten (13) gebildet wird, wobei in dem Isolationsabschnitt (16) ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Rückseiten-Schichtpaket und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenisolation das Durchführen eines frontseitigen sauren Ätzschritts und ein anschließendes Durchführen eines alkalischen Ätzschritts aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11) zu einer HF-haltigen Lösung, bevorzugt ein Aussetzen der Frontseite (11) zu einer HF-haltigen Lösung, die 1-10 Gew.-% HF enthält, bei 10-40°C und 10s bis 100s, aufweist.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugt ein Aussetzen der Frontseite (11) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85 °C und 50-200s, aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenisolation weiterhin im Anschluss an den alkalischen Ätzschritt ein Durchführen eines weiteren sauren Ätzschritts und daran anschließend ein Durchführen eines weiteren alkalischen Ätzschritts aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11) zu einer HF/HCl-Lösung aufweist und der weitere alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugt ein Aussetzen der Frontseite (11) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85°C und 50-200s, aufweist.
  10. Solarzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) als eine n-Typ Emitterschicht, bevorzugt n-Typ poly-Si-Schicht, ausgebildet ist und die leitfähige Frontseiten-Schicht (2) als eine p-Typ Emitterschicht ausgebildet ist.
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