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Die
Anmeldung stützt
sich auf die US-Provisional Patentanmeldung Aktenzeichen 60/623452, eingereicht
am 29. Oktober 2004.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft neue Photoelemente. Insbesondere betrifft die
Erfindung Photovoltaikzellen, die hochwirksam sind bei der Umwandlung
von Lichtenergie und insbesondere Sonnenenergie in elektrische Energie,
wobei solche Zellen elektrische Kontakte auf der Rückseitenoberfläche aufweisen. Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Zellen.
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Eines
der wichtigsten Merkmale einer Photovoltaikzelle ist der Wirkungsgrad
bei der Umwandlung von Lichtenergie aus der Sonne in elektrische Energie.
Ein anderes wichtiges Merkmal ist die Fähigkeit, eine solche Zelle
in einer Weise herzustellen, die für Herstellungsverfahren im
großen
Maßstab
anwendbar ist. Somit strebt die Technik nicht nur kontinuierlich
nach der Verbesserung des Wirkungsgrads von Photovoltaikzellen bei
der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, sondern
auch nach deren Herstellung unter Verwendung sicherer, umweltverträglicher,
großtechnischer
Herstellungsverfahren.
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Obwohl
Photovoltaikzellen aus einer Vielfalt von Halbleitermaterialien
hergestellt werden können, wird
im allgemeinen Silicium verwendet, da es bei vernünftigen
Kosten leicht verfügbar
ist und da es die richtige Ausgewogenheit an elektrischen, physikalischen
und chemischen Eigenschaften zur Verwendung bei der Herstellung
von Photovoltaikzellen aufweist. Bei einem typischen Verfahren zur
Herstellung von Photovoltaikzellen unter Verwendung von Silicium
als ausgewähltem
Halbleitermaterial wird das Silicium mit einem Dotiermittel von
entweder positivem oder negativem Leitfähigkeitstyp dotiert, zu Blöcken (Ingots)
von monokristallinem Silicium geformt oder in Blöcke oder "Ziegel" von etwas was die Technik als multikristallines
Silicium bezeichnet gegossen und diese Ingots oder Blöcke durch
verschiedene, in der Technik bekannte Schneid- oder Sägeverfahren
zu dünnen
Substraten, auch als Wafer bezeichnet, geschnitten. Dies sind aber
nicht die einzigen Verfahren, die zur Erzielung geeigneter Halbleiterwafer
zur Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet werden.
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Gemäß der Konvention
wird der positive Leitfähigkeitstyp
gewöhnlich
als "p" oder "p-Typ" bezeichnet und der
negative Leitfähigkeitstyp
als "n" oder "n-Typ". Daher sind "p" und "n" entgegengesetzte
Leitfähigkeitstypen.
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Die
Oberfläche
des Wafers, die einfallendes Licht gegenüberstehen soll, wenn der Wafer
zu einer Photovoltaikzelle gebildet wird, wird hier als Vorderseite
oder Stirnfläche
bezeichnet und die Oberfläche des
Wafers gegenüber
der Vorderseite wird hier als Rückseite
oder Rückseitenfläche bezeichnet.
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In
einem typischen und allgemeinen Verfahren zur Herstellung einer
Photovoltaikzelle z.B. unter Verwendung eines p-Typ-Siliciumwafers
wird der Wafer einem geeigneten n-Dotiermittel ausgesetzt, um eine
Emitterschicht und einen pn-Übergang
auf der Vorderseite oder Lichtempfangsseite des Wafers zu bilden.
Typischerweise wird die n-Typ-Schicht oder Emitterschicht gebildet,
indem zuerst das n-Dotiermittel auf der Vorderseitenfläche des
p-Typ-Wafers unter Verwendung von Techniken abgeschieden wird, die
in der Technik allgemein verwendet werden, wie chemische oder physikalische
Abscheidung, und nach einer solchen Abscheidung wird das n-Dotiermittel,
z.B. Phosphor, in die Vorderseitenfläche des Siliciumwafers getrieben,
um das n-Dotiermittel in der Waferoberfläche weiter auszubreiten. Dieser „drive-in"-Schritt wird gewöhnlich bewerkstelligt,
indem der Wafer hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Ein pn-Übergang
wird dadurch am Grenzbereich zwischen der n-Typ-Schicht und dem
p-Typ-Silicium-Wafersubstrat gebildet. Die Wafer-Oberfläche kann
vor der Phosphor-Dotierung oder einer anderen Dotierung zur Bildung
der Emitterschicht strukturiert werden.
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Zur
Ausnutzung des elektrischen Potentials, das erzeugt wird, indem
der pn-Übergang
Lichtenergie ausgesetzt wird, wird die Photovoltaikzelle typischerweise mit
einem leitfähigen
elektrischen Vorderseitenkontakt auf der Stirnfläche des Wafers und einem leitfähigen elektrischen
Rückseitenkontakt
auf der Rückseitenoberfläche des
Wafers versehen. Diese Kontakte sind typischerweise aus einem oder mehreren
elektrisch hochleitenden Metallen und daher typischerweise opak.
Da der Vorderseitenkontakt auf der Seite der Photovoltaikzelle ist,
die der Sonne oder einer anderen Quelle der Lichtenergie gegenüberliegt,
ist es im allgemeinen zweckmäßig, dass
der Vorderseitenkontakt die geringstmögliche Fläche der Stirnfläche der
Zelle beansprucht und dennoch die elektrischen Ladungen einfängt, die
durch das mit der Zelle wechselwirkende einfallende Licht erzeugt werden.
Obwohl die Vorderseitenkontakte so angebracht werden, um den Anteil
an Vorderseitenoberfläche
der Zelle zu minimieren, der durch den Kontakt bedeckt oder beschattet
wird, verringern Vorderseitenkontakte nichtsdestotrotz den Anteil
an Oberfläche
der Photovoltaikzelle, der ansonsten zur Erzeugung von elektrischer
Energie genutzt werden könnte.
Das vorstehend beschriebene Verfahren verwendet auch eine Reihe
von Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten, um die Photovoltaikzellen
zu bilden. Die Verwendung hoher Temperaturen verlängert die erforderliche
Zeit zur Herstellung von Photovoltaikzellen, verbraucht Energie
und erfordert den Einsatz von teuren Hochtemperaturöfen oder
anderen Anlagen zur Verarbeitung von Photovoltaikzellen bei hohen
Temperaturen.
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In
der Technik besteht daher Bedarf nach Photovoltaikzellen, die einen
hohen Wirkungsgrad aufweisen, unter Verwendung großtechnischer
Herstellungsverfahren hergestellt werden können und vorzugsweise durch
Verfahren, die keine Hochtemperatur-Verarbeitungsschritte einsetzen
oder zumindest ein Minimum an Hochtemperatur-Verarbeitungsschritten
verwenden und wobei die Zellen zur Steigerung des Wirkungsgrads
keine elektrischen Kontakte auf der Vorderseite oder -oberfläche des
Wafers aufweisen, wodurch die verfügbare Fläche der Stirnfläche der
Zelle zur Umwandlung von Licht in elektrischen Strom maximiert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt eine solche Photovoltaikzelle bereit.
Die Photovoltaikzellen der Erfindung können verwendet werden, um wirkungsvoll elektrische
Energie zu erzeugen, indem die Photovoltaikzelle der Sonne ausgesetzt
wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist eine Photovoltaikzelle, umfassend einen Wafer, umfassend
ein Halbleitermaterial von einem ersten Leitfähigkeitstyp und umfassend eine
erste Lichtempfangsoberfläche,
eine zweite Oberfläche
gegenüber
der ersten Oberfläche
auf dem Wafer und eine Diffusionslänge; eine erste Passivierungsschicht,
die über
der ersten Oberfläche
des Wafers angeordnet ist; einen ersten elektrischen Kontakt, der über der
zweiten Oberfläche
des Wafers angeordnet ist; einen zweiten elektrischen Kontakt, der über der
zweiten Oberfläche
des Wafers angeordnet ist und elektrisch von dem ersten elektrischen Kontakt
getrennt ist; eine zweite Passivierungsschicht, die über der
zweiten Oberfläche
des Wafers in dem Bereich angeordnet ist, der mindestens zwischen
dem ersten elektrischen Kontakt und der zweiten Oberfläche des
Wafers liegt; und eine Schicht, umfassend ein Halbleitermaterial
von einer Leitfähigkeit,
die der Leitfähigkeit
des Wafers entgegengesetzt ist und in dem Bereich zwischen der zweiten Passivierungsschicht
und dem ersten elektrischen Kontakt angeordnet ist.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Photovoltaikzelle bereit.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils einer Photovoltaikzelle entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung mit Punktkontakten.
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2 ist
eine Draufsicht auf ein Teil der Photovoltaikzelle von 1.
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3 ist
eine dreidimensionale Ansicht von einem Teil einer Photovoltaikzelle
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung mit Punktkontakten.
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4 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Teils einer Photovoltaikzelle
entsprechend einer Ausführungsform
dieser Erfindung mit Punktkontakten.
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5 ist
ein Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils einer Photovoltaikzelle entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung mit Punktkontakten.
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7 ist
eine Draufsicht von einer Photovoltaikzelle entsprechend einer Ausführungsform
dieser Erfindung mit ineinander verschränkten Rückseitenkontakten.
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8 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Teils der photovoltaischen Zelle
von 7.
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9 ist
eine Draufsicht auf eine Photovoltaikzelle gemäß einer Ausführungsform
dieser Erfindung mit ineinander verschränkten Rückseitenkontakten.
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10 ist
eine dreidimensionale Ansicht eines Teils einer Photovoltaikzelle
von 9.
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11 ist eine dreidimensionale Ansicht von elektrischen
Kontakten gemäß einer
Ausführungsform
dieser Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird nun unter Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung als
Beispiel beschrieben, wobei eine Photovoltaikzelle unter Verwendung
eines kristallinen Siliciumwafers vom p-Typ hergestellt ist. Es
ist jedoch verständlich,
dass die Erfindung dadurch nicht beschränkt ist und z.B. für andere
Halb materialien anwendbar ist, wie z.B. einen kristallinen Siliciumwafer
vom n-Typ. Außerdem
ist es nicht notwendig, dass der Wafer kristallin ist. Er kann z.B.
multikristallin, oder manchmal als polykristallin bezeichnet, sein.
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Ein
Siliciumwafer, der im Verfahren der Erfindung zur Herstellung von
Photovoltaikzellen geeignet ist, liegt typischerweise in Form einer
dünnen,
flachen Gestalt vor. Das Silicium kann ein oder mehrere zusätzliche
Materialien umfassen, wie ein oder mehrere Halbleitermaterialien,
z.B. Germanium, falls gewünscht.
Obwohl Bor weit verbreitet als das erste p-Typ-Dotiermittel verwendet
wird, genügen
auch andere p-Typ-Dotiermittel, z.B. Aluminium, Gallium oder Indium.
Bor ist das bevorzugte Dotiermittel vom p-Typ. Kombinationen von
solchen Dotiermitteln sind auch geeignet. Somit kann das erste Dotiermittel
für einen
p-Typ-Wafer z.B.
ein oder mehrere von Bor, Aluminium, Gallium oder Indium umfassen
und bevorzugt umfasst er Bor. Geeignete Wafer werden typischerweise
durch Schneiden oder Sägen
von p-Typ-Silicium-Ingots, wie Ingots von monokristallinem Silicium,
erhalten, um monokristalline Wafer zu bilden, wie die sog. Czochralski-(Cz)-Siliciumwafer. Wenn
ein n-Typ-Siliciumwafer verwendet wird, kann es sich bei den Dotiermitteln
z.B. um ein oder mehrere von Phosphor, Arsen, Antimon oder Wismut
handeln. Geeignete Wafer können
auch durch Schneiden oder Sägen
von Blöcken
von gegossenem multikristallinem Silicium vom p-Typ hergestellt
werden. Siliciumwafer können
auch direkt aus geschmolzenem Silicium unter Verwendung von Verfahren
wie der Edge-defined Film-fed Growth-Technik (EFG) oder ähnlicher
Techniken gezogen werden. Obwohl die Wafer jede Gestalt aufweisen
können,
sind Wafer typischerweise von kreisförmiger, quadratischer oder pseudoquadratischer
Form. Mit "pseudoquadratisch" ist ein Wafer mit überwiegend
quadratischer Form gemeint, gewöhnlich
mit abgerundeten Ecken. Die in den Photovoltaikzellen dieser Erfindung
eingesetzten Wafer sind geeignet dünn. Zum Beispiel können für die Erfindung
geeignete Wafer etwa 10 Mikron dick bis etwa 200 Mikron dick sein.
Die in den Photovoltaikzellen der Erfindung eingesetzten Wafer haben
vorzugsweise eine Diffusionslänge
(Lp), die größer ist als die Waferdicke
(t). Das Verhältnis
von Lp zu t ist z.B. geeigneterweise größer als
1. Es kann z.B. größer als
etwa 1,1 oder größer als
etwa 2 sein. Die Diffusions länge
ist der mittlere Abstand, den Minoritätsträger (wie Elektronen im p-Typ-Material) diffundieren können, bevor
sie mit den Majoritätsträgern (Löchern im
p-Typ-Material)
rekombinieren. Die Lp steht in Beziehung
zur Minoritätsträger-Lebensdauer τ über die Beziehung
Lp = (Dτ)1/2, worin D die Diffusionskonstante ist.
Die Diffusionslänge
kann durch eine Reihe von Techniken gemessen werden, wie die Technik
des Photonenstrahl-induzierten Stroms oder der Oberflächen-Photospannungs-Technik.
Siehe z.B. "Fundamentals
of Solar Cells",
von A. Fahrenbruch und R. Bube, Academic Press, 1983, S. 90–102, das
hier für eine
Beschreibung, wie die Diffusionslänge gemessen werden kann, durch
Bezugnahme aufgenommen wird.
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Bei
Kreisförmigkeit
können
die Wafer einen Durchmesser von etwa 100 bis etwa 180 mm, z.B. 102
bis 178 mm, aufweisen. Wenn sie quadratisch oder pseudoquadratisch
sind, können
sie eine Breite von etwa 100 mm bis etwa 150 mm mit abgerundeten Ecken
mit einem Durchmesser von etwa 127 bis etwa 178 mm aufweisen. Die
Wafer, die im Verfahren der Erfindung geeignet sind, und folglich
die Photovoltaikzellen, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt
sind, können
z.B. eine Oberfläche
von etwa 100 bis etwa 250 cm2 aufweisen.
Die Wafer, die mit dem ersten Dotiermittel dotiert sind, die für das Verfahren
der Erfindung geeignet sind, können
eine spezifischen Widerstand von etwa 0,1 bis etwa 20 Ohm cm, typischerweise
etwa 0,5 bis etwa 5,0 Ohm cm, aufweisen. Obwohl der Ausdruck Wafer
wie verwendet die Wafer beinhaltet, die durch die beschriebenen Verfahren,
insbesondere durch Sägen
oder Schneiden von Ingots oder Blöcken von Einkristall- oder multikristallinem
Silicium, erhalten werden, ist verständlich, dass der Ausdruck Wafer
auch irgendwelche anderen geeigneten Halbleitersubstrate oder Schichten
beinhaltet, die zur Herstellung von Photovoltaikzellen durch das
Verfahren der Erfindung geeignet sind.
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Die
Vorderseitenoberfläche
des Wafers ist bevorzugt strukturiert. Die Strukturierung erhöht im allgemeinen
den Wirkungsgrad der sich ergebenden Photovoltaikzelle durch Erhöhung der
Lichtabsorption. Der Wafer kann z.B. durch chemisches Ätzen, Plasmaätzen, Laser-
oder mechanisches Ritzen in geeigneter Weise texturiert werden.
Wenn ein monokristalliner Wafer verwendet wird, kann der Wafer geätzt werden,
um eine anisotrop strukturierte Oberfläche durch Behandeln des Wafers
in einer wässrigen Lösung von
einer Base, wie Natriumhydroxid, bei einer erhöhten Temperatur, z.B. etwa
70°C bis
etwa 90°C
für etwa
10 bis etwa 120 min zu bilden. Die wässrige Lösung kann einen Alkohol, wie
Isopropanol, enthalten. Ein multikristalliner Wafer kann durch mechanisches
Schnitzeln unter Verwendung abgeschrägter Dicing-Flügel oder
Profilstrukturierungsräder
strukturiert werden. In dem bevorzugten Verfahren der Erfindung
wird ein multikristalliner Wafer unter Verwendung einer Lösung von
Fluorwasserstoffsäure,
Salpetersäure
und Wasser strukturiert. Ein solches Strukturierverfahren wird von
Hauser, Melnyk, Fath, Narayanan, Roberts und Bruton in ihrem Artikel "A Simplified Process
for Isotropic Texturing of MC-Si",
Hauser et al., von der Konferenz "3rd World Conference
on Photovoltaic Energy Conversion", 11. bis 18. Mai, Osaka, Japan, beschrieben,
der hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Der strukturierte Wafer wird typischerweise anschließend gereinigt,
z.B. durch Eintauchen in Flusssäure
und dann Salzsäure
mit zwischenzeitlichem und abschließendem Spülen mit entionisiertem Wasser,
gefolgt von Trocknen.
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Vor
der Strukturierung eines Wafers, wie eines multikristallinen Wafers,
kann der Wafer einem Phosphor- und Aluminium-Gettern unterworfen
werden. Das Gettern kann z.B. durch Bilden einer stark n-dotierten
Schicht durch z.B. Phosphordiffusion auf einer oder beiden Seiten
des Wafers bewerkstelligt werden. Dies kann z.B. bewerkstelligt
werden, indem der Wafer einem Gas, wie POCl3,
für 30
min bei 900 bis 1.000°C
ausgesetzt wird. Ein solches Gettern erhöht die Diffusionslänge des
Wafers. Nach Bildung der stark n-dotierten Schicht oder Schichten
können sie
z.B. durch Ätzen
unter Verwendung von Säuren, wie
Flusssäure
(HF) und Salpetersäure
(HNO3) oder einer Mischung davon, oder starken
Basen, wie Natriumhydroxid (NaOH), entfernt werden. Eine Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet das Bilden einer stark n-dotierten Schicht
auf der Vorderseite des Wafers, um Verunreinigungen zu gettern,
und dann anschließend
das Entfernen davon während
des Strukturätzens
der Vorderseitenfläche,
wie vorstehend beschrieben.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird eine erste Passivierungsschicht, vorzugsweise
eine, die auch als Antireflexionsschicht funktioniert, auf der Vorderseitenfläche des
Wafers gebildet. Wenn der Wafer strukturiert ist, wird eine solche
Schicht bevorzugt nach dieser Strukturierung hinzugefügt. Bei
dieser ersten Passivierungsschicht kann es sich z.B. um eine Schicht
von einem Dielektrikum, wie Siliciumdioxid, Siliciumoxynitrid oder
Siliciumnitrid, handeln, die durch in der Technik bekannte Verfahren
gebildet werden kann, wie z.B. durch Plasma gestütztes chemisches Aufdampfen (PECVD,
plasma enhanced chemical vapor deposition), chemisches Aufdampfen
bei geringem Druck (LPCVD, low pressure chemical vapor deposition), thermische
Oxidation, Siebdruck von Pasten, Druckfarben oder Sol-Gel, usw.
Kombinationen von zwei oder mehr solcher Schichten können auch
verwendet werden, um die erste Passivierungsschicht zu bilden, wie
eine Schicht, von Silicumnitrid und eine Schicht von Siliciumdioxid.
Wenn mehr als eine Schicht verwendet wird, ist zumindest eine der
Schichten vorzugsweise eine Antireflexschicht, z.B. umfassend Siliciumnitrid.
Eine solche Antireflexschicht wird bevorzugt direkt auf die Siliciumwafer-Oberfläche hinzugegeben.
Die erste Passivierungsschicht umfasst bevorzugt eine Schicht von
Siliciumnitrid, die direkt auf der Oberfläche des Wafers gebildet wird.
Jede solche Schicht, die als Antireflexschicht oder als erste Passivierungsschicht
oder beides verwendet wird, oder die Gesamtheit aller solchen eingesetzten
Schichten kann eine Dicke von bis zu etwa 120 nm, z.B. eine Dicke
von etwa 70 bis etwa 100 nm, ausmachen. Das Siliciumnitrid kann
z.B. durch PECVD oder durch LPCVD gebildet werden. Ein geeignetes
Verfahren zum Aufbringen von Siliciumnitrid durch LPCVD ist das Aussetzen
des Wafers einer Atmosphäre
von einer Siliciumverbindung, wie Dichlorsilan, und Ammoniak bei
einer erhöhten
Temperatur von etwa 750°C
bis etwa 850°C.
Siliciumnitrid kann auch bei niedrigeren Temperaturen von etwa 200°C bis etwa
450°C unter Verwendung
von PECVD in einer Atmosphäre
von Silan und Ammoniak abgeschieden werden.
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Eine
geeignete erste Passivierungsschicht kann auch eine Schicht von
hydriertem amorphem Silicium (a-Si:H), eine Schicht von hydriertem
mikrokristallinem Silicium oder eine Mischung von a-Si:H und hydriertem
mikrokristallinem Silicium umfassen und, wenn eine solche Schicht
abgeschieden oder in anderer Weise gebildet wird, so geschieht dies
insbesondere direkt auf dem Wafer. Eine solche Schicht umfasst bevorzugt
zusätzlich
zu Silicium Stickstoff. Eine solche Schicht kann auch Bor mit oder
ohne Stickstoff umfassen. In einigen Fällen kann es bevorzugt sein,
dass eine solche Schicht andere Dotiermittel, wie Phosphor, umfasst
oder mit anderen Elementen, wie Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff,
legiert ist. Wenn Stickstoff in der ersten Passivierungsschicht
umfassend a-Si:H, hydriertes mikrokristallines Silicium oder Mischungen
davon enthalten ist, kann die Menge oder Konzentration an Stickstoff
abgestuft sein, so dass die Menge an Stickstoff in der Schicht am
nächsten
zum Wafer bei einem Minimum ist, z.B. kein Stickstoff und eine Konzentration
erreicht, so dass die Schicht am weitesten entfernt von der Grenzfläche mit
dem Wafer zu Siliciumnitrid wird. Ammoniak oder eine Mischung von
Wasserstoff und Stickstoffgas können
als geeignete Quellen von Stickstoff verwendet werden. Wenn Bor
oder Phosphor verwendet werden, können die Bor- oder Phosphorkonzentration
in der gleichen Weise abgestuft sein, wobei kein Bor oder Phosphor
neben dem oder am nächsten
zum Wafer vorliegt und ein Maximum der Bor- oder Phosphorkonzentration
bis zu etwa 1 Atom-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Silicium und,
falls vorhanden, Stickstoff in der Schicht, erreicht wird. Wenn
eine solche Schicht umfassend a-Si:H, hydriertes mikrokristallines
Silicium oder Mischungen davon aufgebracht wird, mit oder ohne Stickstoff
und mit oder ohne ein Dotiermittel, wie Bor oder Phosphor, kann
sie eine Dicke von bis zu etwa 40 nm aufweisen. Sie kann z.B. etwa
4 bis etwa 30 nm dick sein. Eine solche a-Si:H Schicht kann durch jedes
geeignete Verfahren aufgebracht werden, wie z.B. durch PECVD in
einer Silan-Atmosphäre.
Am geeignetsten wird sie durch PECVD in einer Atmosphäre enthaltend
etwa 10% Silan in Wasserstoff aufgebracht und am meisten geeignet
wird sie bei niedrigen Temperaturen, wie z.B. etwa 100°C bis etwa 250°C, aufgebracht.
Ohne sich durch eine Theorie der Wirkungsweise binden zu wollen,
kann die erste Passivierungsschicht dahingehend wirken, dass die Waferoberflächen- Rekombinationsgeschwindigkeit auf < 100 cm/s verringert
wird (eine niedrige Oberflächen-Rekombinationsgeschwindigkeit
(< 100 cm/s) weist
auf eine geringe Dichte an Fehlstellenzuständen an der Oberfläche hin).
Die erste Passivierungsschicht kann auch feste Ladungen enthalten,
wie sie gewöhnlich
in Siliciumnitrid-Schichten gefunden werden, dessen elektrisches
Feld eine Bandverbiegung in dem Bereich des Halbleiter-Wafers nahe
der Waferoberfläche
induziert. Da die feste Ladung in Siliciumnitrid gewöhnlich positiv
ist, kann diese Bandverbiegung bewirken, dass Minoritätsträger von
dem Waferoberflächenbereich
abgestoßen
werden, und kann somit auch die Oberflächen-Rekombination verringern,
wenn der Wafer vom n-Typ ist. Wenn der Wafer vom p-Typ ist, kann
die positive Ladung dahingehend wirken, dass eine Akkumulationsschicht
erzeugt wird, und die Oberflächenrekombination
kann immer noch niedrig sein, wenn die Dichte der Fehlstellen auf
der Oberfläche
niedrig ist. Daher kann jedes Material, das eine solche Funktion
liefern kann und auf den Siliciumwafer aufgebracht werden kann, eine
geeignete erste Passivierungsschicht sein. Eine solche Schicht wie
vorstehend beschrieben kann eine Mehrzahl von Schichten umfassen,
wobei ein Teil von diesen Schichten oder alle diese Schichten aus
unterschiedlichen Materialien sind, die z.B. aus den vorstehend
beschriebenen Materialien ausgewählt
sind.
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In
einer Ausführungsform
umfasst die erste Passivierungsschicht eine Schicht von a-Si:H oder hydriertem
mikrokristallinem Silicium oder einer Kombination davon, abgeschieden
auf der ersten Oberfläche
des Wafers, wobei diese Schicht die Struktur oder Formulierung wie
gerade beschrieben aufweisen kann, gefolgt von mindestens einer Schicht
von Siliciumnitrid, die als Antireflexschicht wirkt. Die Dicke des
Siliciumnitrids kann bis zu etwa 120 nm, z.B. etwa 70 bis etwa 100
nm, betragen. Die Antireflexbedingung kann durch Verwendung von zwei
Schichten mit geeigneten Dicken verbessert werden. So ist z.B. die
Passivierungsschicht eine Schicht aus a-Si:H mit oder ohne Stickstoff
und mit oder ohne Bor oder Phosphor, wie vorstehend beschrieben,
direkt auf der ersten Oberfläche
des Wafers angeordnet, gefolgt von einer Schicht von Siliciumnitrid,
direkt auf einer solchen a-Si:H-Schicht angeordnet und gegebenenfalls
gefolgt von einer anderen Hilfsschicht, wie z.B. umfassend Tantaloxid,
Siliciumdioxid, Magnesiumfluorid oder Titanoxid, wobei die Dicken
der Siliciumnitrid- und der Hilfsschicht ausgewählt werden, um die Antireflexbedingung
zu optimieren. Die Siliciumnitrid-Schicht kann z.B. eine Dicke von
etwa 70 nm bis etwa 100 nm aufweisen und die Hilfsschicht, z.B.
Magnesiumfluorid, kann eine Dicke von etwa 130 nm bis etwa 200 nm
aufweisen.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann die Siliciumnitrid-Schicht sowohl als die Passivierungsschicht
als auch als die Antireflexschicht auf der ersten Oberfläche des
Wafers mit einer Dicke von bis zu etwa 120 nm, z.B. etwa 70 bis
etwa 100 nm wirken. Das Siliciumnitrid kann durch PECVD in Silan
und Ammoniak bei einer Abscheidungstemperatur von etwa 400°C abgeschieden
werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der Stickstoffgehalt einer solchen Siliciumnitrid-Schicht abgestuft.
Z.B. kann der Stickstoffgehalt von 0 in dem Teil der Siliciumnitrid-Schicht,
die am nächsten
zur Oberfläche
des Siliciumwafers ist, bis etwa der in Si3N4 gefundenen Konzentration über eine
Dicke von bis zu etwa 10 nm steigen und dann über der verbleibenden Dicke
der Schicht, z.B. etwa weitere 70 nm, konstant bleiben.
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Während des
Schritts der Abscheidung einer Passivierungsschicht auf der Vorderseitenoberfläche des
Wafers ist es bevorzugt, die Schicht oder die Schichten in einer
Weise aufzubringen, die verhindert, dass diese Schicht oder diese
Schichten sich auf der Rückseitenoberfläche des
Wafers bilden. Dies kann bewerkstelligt werden, indem z.B. die Rückseitenoberfläche maskiert
wird oder die Rückseitenoberfläche in engem
Kontakt mit einem Substratträger
angeordnet wird. Nichtsdestotrotz kann die Rückseitenfläche des Wafers auch eine Schicht
von einer solchen Beschichtung aufnehmen, welche die ganze Rückseitenoberfläche oder
einen Teil davon bedeckt. Diese Schicht auf der Rückseitenoberfläche kann
später
z.B. durch Säureätzen unter
Verwendung von einer Säure,
wie Salpeter- oder Flusssäure oder
Mischungen davon, oder durch Ätzen
mit einer wässrigen
Lösung
von einer starken Base, wie Natriumhydroxid, entfernt werden.
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Die
Rückseiten-
oder zweite Oberfläche
des Wafers in den Photovoltaikzellen der Erfindung umfasst zwei
elektrische Kontakte, die vorzugsweise jeweils ein oder mehrere
Metalle, wie Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Zinn usw., umfassen,
einen für
jede Polarität
des durch die Zelle erzeugten elektrischen Stroms. Obwohl jeder
solche Kontakt einer gegebenen Polarität einen oder mehrere Abschnitte
umfassen kann, die auf der Oberfläche des Wafers elektrisch getrennt
sind, ist jeder Abschnitt der gleichen elektrischen Polarität bevorzugt
an einem Punkt elektrisch verbunden, so dass ein maximaler Strom
aus der Photovoltaikzelle erzeugt werden kann. Diese elektrischen
Kontakte können
in Form von Streifen vorliegen, wobei z.B. die Streifen von einem
Kontakt in Abständen
zwischen Streifen, die den anderen Kontakt bilden, zwischengeschaltet
sind, was ein zwischengeschaltetes oder ineinander verschränktes Muster
ergibt. Die elektrische Trennung zwischen den beiden Kontakten sollte
klein sein und die Breite jedes Kontakts, z.B. die Breite jedes
Streifens, sollte auch klein sein. Diese elektrischen Kontakte können eine
Breite von bis zu etwa 100 Mikron, z.B. etwa 20 bis etwa 80 Mikron,
aufweisen. Der Abstand oder die Trennung zwischen den Kontakten,
d.h. die Lücke zwischen
dem elektrischen Kontakt von einer Polarität und dem elektrischen Kontakt
der anderen Polarität,
kann bis zu etwa 30 Mikron, z.B. etwa 5 bis etwa 20 Mikron, betragen.
Der Abstand oder die Trennung der Kontakte, d.h. der Abstand zwischen
dem Rand des ersten elektrischen Kontakts (des Emitterkontakts)
und der Mitte des zweiten elektrischen Kontakts (des Basiskontakts)
ist bevorzugt kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger. In
einer anderen Ausführungsform
kann einer der elektrischen Kontakte, der erste elektrische Kontakt,
in Form einer ersten Kontaktschicht über der Rückseitenoberfläche der
Photovoltaikzelle vorliegen und der andere kann in Form von Punktkontakten
vorliegen, wobei die Punktkontakte sich von einer zweiten Schicht
von elektrischen Kontaktmaterial erstrecken, das über der
Rückseitenoberfläche der
Photovoltaikzelle angeordnet ist und sich durch eine Isolierschicht
zwischen der ersten und zweiten elektrischen Kontaktschicht erstreckt.
Obwohl ein elektrischer Kontakt, wie nachstehend ausführlicher
beschrieben werden wird, verschiedene Schichten umfassen kann oder Punkt kontakte
umfassen kann, umfasst mindestens ein Teil des Kontakts vorzugsweise
ein leitfähiges Metall,
wie eines oder mehrere von Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Zinn
und dgl. Die Metallschichten, welche die elektrischen Kontakte in
den Photovoltaikzellen der Erfindung bilden, können eine Dicke von bis zu
etwa 5 Mikron, z.B. bis zu etwa 2 oder 3 Mikron, aufweisen. Zweckmäßigerweise
können
sie eine Dicke von etwa 1 bis etwa 2 Mikron aufweisen. Wie vorstehend
beschrieben, sind die elektrischen Kontakte in der Photovoltaikzelle
der Erfindung hauptsächlich
und bevorzugt nur auf der Rückseitenoberfläche des
Wafers und beschatten oder behindern daher nicht die lichtempfangende
Vorderseitenoberfläche
des Wafers. Dies ergibt eine Photovoltaikzelle, die bezüglich der
Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie wirksamer ist.
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Die
Photovoltaikzelle der Erfindung umfasst eine zweite Passivierungsschicht,
die über
der Rückseiten-
oder zweiten Oberfläche
des Wafers und in einem Bereich, der mindestens zwischen einem der elektrischen
Kontakte und der zweiten Oberfläche des
Wafers liegt, angeordnet ist. Somit kann in Abhängigkeit von der Ausführungsform
der Erfindung diese zweite Passivierungsschicht über dem größten Teil der ganzen zweiten
Oberfläche
des Wafers oder insgesamt über
der ganzen zweiten Oberfläche
des Wafers vorliegen oder sie kann z.B. nur in dem Bereich zwischen
einem oder beiden der elektrischen Kontakte und der zweiten oder
Rückseitenoberfläche des
Wafers angeordnet sein. Ohne sich an eine Theorie der Wirkungsweise
binden zu wollen, verringert diese zweite Passivierungsschicht die
Dichte der Fehlstellen an der zweiten Oberfläche des Wafers. So kann die
zweite Passivierungsschicht eins oder mehr von a-Si:H, Legierungen
von a-Si:H und Kohlenstoff, Legierungen von a-Si:H und Stickstoff,
Legierungen von a-Si:H
und Sauerstoff, hydriertem mikrokristallinem Silicium oder Mischungen
von a-Si:H und hydriertem
mikrokristallinem Silicium umfassen. Die zweite Passivierungsschicht
umfasst geeigneterweise a-Si:H, gegebenenfalls mit einer vorhandenen hydrierten
mikrokristallinen Siliciumlegierung. Die zweite Passivierungsschicht
kann eine Dicke bis zu etwa 30 nm aufweisen, z.B. eine Dicke von
etwa 4 bis etwa 10 nm. Jedes geeignete Verfahren kann verwendet
werden, um die zweite Passivierungsschicht zu bilden. Vorzugsweise
wird sie auf und in direktem Kontakt mit der zweiten Oberfläche des
Wafers gebildet. Wenn die zweite Passivierungsschicht z.B. a-Si:H
umfasst, kann sie unter Verwendung von PECVD in Silan bei einer
Temperatur von bis zu etwa 250°C,
z.B. etwa 100 bis etwa 200°C,
aufgebracht werden.
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Die
Photovoltaikzelle der Erfindung umfasst auch eine Schicht von einem
Halbleitermaterial mit einer entgegengesetzten Leitfähigkeit
zu der des Wafers, und wobei diese Halbleiterschicht in dem Bereich
zwischen der zweiten Passivierungsschicht und dem ersten Kontakt
angeordnet ist. Die Halbleiterschicht kann jedes geeignete Material
umfassen, wie z.B. in geeigneter Weise dotiertes a-Si:H, hydriertes mikrokristallines
Silicium oder Mischungen davon. Wenn der Siliciumwafer vom p-Typ
ist, kann die Halbleiterschicht a-Si:H vom n-Typ, hydriertes mikrokristallines
Silicium vom n-Typ oder Mischungen davon umfassen. Phosphor, Arsen
oder Antimon oder Mischungen davon können z.B. als Dotiermaterial
verwendet werden. Die Gesamtmenge dieses Dotiermittels kann etwa
0,01 Atom-% bis
etwa 1,0 Atom-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Dotiermittel und Silicium,
betragen. Diese Halbleiterschicht kann eine Dicke bis zu etwa 30
nm, z.B. eine Dicke von etwa 10 bis etwa 20 nm, aufweisen. Die Halbleiterschicht kann
unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens gebildet werden. Wenn
die Schicht a-Si:H vom n-Typ umfasst, kann sie unter Verwendung
von PECVD bei einer Substrattemperatur von etwa 200°C in einer
Atmosphäre
von Silan enthaltend eine geringe Menge an Phosphin aufgebracht
werden, um die aufgebrachte Schicht mit der vorstehend genannten
Menge an Phosphor zu versehen. Ein photovoltaisch aktiver Übergang,
z.B. ein pin- oder nip-Übergang
ist vorzugsweise zwischen dem Siliciumwafer mit einer ersten Leitfähigkeit
und der Halbleiterschicht mit der entgegengesetzten Leitfähigkeit
gebildet. Wenn der Wafer vom n-Typ ist, kann diese Halbleiterschicht vom
p-Typ sein und kann gebildet werden, indem mit Bor dotiertes a-Si:H,
hydriertes mikrokristallines Silicium oder Mischungen davon bei
einer Substrattemperatur von etwa 200°C unter Verwendung von PECVD
in einer Atmosphäre
enthaltend etwa 1 Vol.-% Diboran in Silan abgeschieden werden. Die p-Typ-Halbleiterschicht
könnte
auch unter Verwendung von PECVD in einer Atmosphäre enthaltend etwa 1 Vol.-%
Trimethylaluminium gebildet werden.
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Die
Photovoltaikzellen der Erfindung umfassen geeigneterweise eine transparente
leitfähige Oxid
(TCO)-Schicht, die zwischen mindestens einem Metallkontakt und der
zweiten Passivierungsschicht angeordnet ist. Diese TCO-Schicht ist
vorzugsweise in direktem Kontakt mit einer Metallkomponente des elektrischen
Kontakts und vorzugsweise in direktem Kontakt mit mindestens der
Schicht des Halbleitermaterials mit entgegengesetzter Leitfähigkeit
zu der des Wafers. Diese TCO-Schicht
kann z.B. eines oder mehrere von Zinkoxid, Zinnoxid oder Indium-Zinn-Oxid umfassen. Die
TCO-Schicht, egal ob sie eine einzelne TCO-Schicht oder zwei oder
mehr Schichten umfasst, kann eine Dicke von bis zu etwa 120 nm,
z.B. etwa 70 bis etwa 100 nm, aufweisen. Diese TCO-Schicht kann
unter Verwendung jedes geeigneten Verfahrens aufgebracht werden,
wie z.B. Sputtern von ZnO mit einem gesinterten ZnO-Target bei einer
Substrattemperatur von etwa 150°C.
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Der
elektrische Kontakt kann an den Metallkontakten auf der Rückseite
des Wafers hergestellt werden, indem eine Sammelschiene oder ein
Kontaktstreifen zu dem ersten Metallkontakt entlang eines Rands
des Wafers befestigt werden.
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Bestimmte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun bezüglich
der Figuren beschrieben. Die Figuren sind nicht notwendigerweise
im Maßstab gezeichnet.
Die Dicken der verschiedenen Metall-, Halbleiter- und anderen Schichten,
die in den Figuren gezeigt sind, sind z.B. nicht notwendigerweise
untereinander maßstabsgerecht.
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1 zeigt
einen Querschnitt von einem Teil einer Photovoltaikzelle 1 entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung mit Punktkontakten. Die Photovoltaikzelle 1 weist
einen Wafer 5 aus kristallinem Silicium vom p-Typ auf.
Die Frontseitenoberfläche
oder lichtempfangende Oberfläche
des Wafers 5 ist strukturiert, wie durch die Texturlinie 10 gezeigt. Der
Wafer 5 hat eine erste Passivierungsschicht auf der Vorderseitenoberfläche aus
einer Schicht von Siliciumdioxid 15 und einer Schicht von
Siliciumnitrid 20. Die Photovoltaikzelle 1 hat
eine zweite Passivierungsschicht 25 umfassend hydriertes
amorphes Silicium (a-Si:H) und ist in Kontakt mit Wafer 5 angeordnet.
Die zweite Passivierungsschicht 25 ist in Kontakt mit einer
Schicht 30 aus a-Si:H vom n-Typ. Die Schicht 30 ist
in Kontakt mit der TCO-Schicht 35 umfassend Indium-Zinn-Oxid.
Die TCO-Schicht 35 ist
in Kontakt mit und angeordnet unter der ersten Metallschicht 40 umfassend
z.B. Aluminium. So bildet die erste Metallschicht 40 zusammen
mit der TCO-Schicht 35 den ersten elektrischen Kontakt
auf der Rückseite
der Photovoltaikzelle 1. 1 zeigt auch
den zweiten elektrischen Kontakt 45 umfassend einen ersten
Teil 48, der in Form einer Schicht über der Rückseitenoberfläche des
Wafers vorliegt, und zweite Teile 50, die Punktkontakte
sind, die sich von dem Schichtteil 48 in den Wafer 5 erstrecken.
Der zweite elektrische Kontakt 45 kann z.B. ein Metall
wie Aluminium umfassen.
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1 zeigt
die Isolierschicht 55 umfassend z.B. Siliciumnitrid, die
zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt 45 und den Schichten 25, 30, 35 und der
ersten Metallschicht 40 angeordnet ist. So trennt und elektrisch
isoliert die Isolierschicht 55 den zweiten elektrischen
Rückseitenkontakt 45 von
dem anderen elektrischen Kontakt 40 und den Schichten 25, 30 und 35. 1 zeigt
auch Vertiefungen oder Dellenmarkierungen 60 im zweiten
elektrischen Kontakt 45. Wie nachstehend ausführlich beschrieben,
können
diese Vertiefungen oder Dellen gebildet werden, wenn die zweite
elektrischen Kontaktschicht 48 z.B. unter Verwendung eines
Lasers „durchgebrannt" wird, um Punktkontaktteile 50 des
zweiten elektrischen Kontakts 45 zu bilden, die sich in
den Wafer 5 erstrecken. Somit ist der zweite elektrische
Kontakt 45 die Schicht 48 und die Punktkontakte 50.
Die 1 zeigt auch das Rückseitenoberflächenfeld (BSF) 65,
das sich entlang des Bereichs befindet, wo Punktkontakte 50 des
zweiten elektrischen Kontakts 45 den Wafer 5 treffen
oder darin eintreten. Dieses BSF ist in 1 als Sammlung
von "+"-Zeichen dargestellt. Wie nachstehend
ausführlicher
erläutert, kann
ein solches BSF gebildet werden, wenn die Punktkontakte 50 z.B.
unter Verwendung eines Lasers gebildet werden, um die Metallschicht 48 zum Wafer
durchzubrennen. Das Hochtemperaturmetall in Kontakt 45,
das als Ergebnis der Erwärmung
durch einen Laserstrahl gebildet wird, bildet die BSF, wenn das
Hochtemperaturmetall in Kontakt mit dem Wafer 5 kommt. 2 ist
eine Draufsicht eines Teils der gleichen, in 1 gezeigten
Photovoltaikzelle, wenn man auf die Rückseitenoberfläche der
Photovoltaikzelle schaut. Sie zeigt, dass die Punktkontakte in Form
eines Anordnungsmusters auf der Rückseite der Photovoltaikzelle
vorliegen können. 2 zeigt Dellen 60 (aus
Gründen
der Klarheit nur einige aufgeführt)
und sie zeigt auch als gestrichelte Linien die Bereiche, in denen
die erste Metallschicht 40 und die damit verbundenen Schichten 25, 30, 35 z.B.
durch Laserablation entfernt sind, bevor die Isolierschicht 55 abgeschieden
wird, welche die Bereiche, die z.B. durch Laserablation entfernt
wurden, füllt.
Die Entfernung dieser Schichten wird nachstehend ausführlicher
beschrieben. Die Punktkontaktbereiche 50 (siehe 1)
werden durch "Durchbrennen" z.B. mit einem Laser
im Mittelteil des Bereichs des zweiten elektrischen Kontakts gebildet,
der oberhalb des Bereichs liegt, in dem die erste Metallschicht
und die damit verbundenen Schichten 25, 30 und 35 entfernt sind.
Hier beschriebene Metallschichten, wie Metallschichten 40 und 48 können z.B.
durch Magnetron-Sputtern eines Metalltargets, wie eines Aluminium-Targets,
wenn die Metallschicht Aluminium ist, gebildet werden.
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3 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht ein Segment von einer Photovoltaikzelle
entsprechend einer Ausführungsform
dieser Erfindung. Alle Komponenten von Zelle 1 in 3,
die den gleichen Komponenten in den 1 und 2 entsprechen, sind
in gleicher Weise nummeriert. Zur Vereinfachung ist nur eine Delle
oder Vertiefung 60 in 3 markiert
und nur ein Punktkontakt 50. 3 zeigt klar,
wie Punktkontakte 50 sich von der Metallschicht 48 des
zweiten elektrischen Kontakts 45 durch die Isolierschicht 55 erstrecken
und in den Wafer 5 eintreten. Aus Gründen der Klarheit sind nur
einige Punktkontakte, die als punktierte Linien gezeichnet sind,
in 3 gezeigt. 3 zeigt
auch in dreidimensionaler Darstellung die Anordnung von Punktkontakten,
die den zweiten Kontakt 45 ausmachen, der die Metallschicht 48 und
eine Mehrzahl von Punktkontakten 50 umfasst. 3 zeigt
auch, wie der erste Kontakt umfassend die Metallschicht 40 von
dem zweiten Kontakt 45 umfassend die Schicht 48 und die Punktkontakte 50 elektrisch
getrennt ist, wobei diese elektrische Trennung durch die Isolierschicht 55 bereitgestellt
wird.
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Wie
in 3 gezeigt, weist ein Rand der Photovoltaikzelle
einen freigelegten Bereich 41 der ersten Metallkontaktschicht 40 auf.
Dieser freigelegte Bereich kann verwendet werden, um einen Draht oder
eine andere elektrische Leitungsführung mit der Photovoltaikzelle
zu verbinden. Dieser freigelegte Bereich kann z.B. durch Entfernen
der Schichten 48 und 55 in 1 gebildet
werden oder dieser Bereich kann nach der Aufbringung der ersten
Metallkontaktschicht 40 maskiert werden, so dass die Schichten 55 und 48 nicht
darauf gebildet werden, und die Maske wird danach entfernt, um den
Kontakt freizulegen.
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4 ist
gleich wie 3, außer dass 4 in
dreidimensionaler Teilschnittansicht zeigt, wie Punktkontakte 50 aussehen,
wenn sie sich durch die Schichten auf der Rückseite der Photovoltaikzelle
erstrecken. Alle Komponenten in 4, welche
die gleichen wie in 3 sind, sind gleich nummeriert. Insbesondere
zeigt 4, wie Punktkontakte 50 unter Dellen 60 sich
durch die erste Kontaktmetallschicht 40, die TCO-Schicht 35,
die a-Si:H-Schicht vom n-Typ 30, die zweite Passivierungsschicht 25 und
in den Siliciumwafer 5 erstrecken. 4 zeigt auch,
wie die Isolierschicht 55 neben den Punktkontakten 50 liegt
und diese umgibt. Die Isolierschicht 55 isoliert so die
erste Kontaktschicht 40 elektrisch von den Punktkontakten 50.
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Ohne
sich an eine Theorie der Wirkungsweise binden zu wollen, sammeln
der erste Metallkontakt 40 und die damit verbundenen Schichten 25, 30 und 35 photoerzeugte
Elektronen (für
einen Wafer vom p-Typ 5) und sammeln die Punktkontakte 50 photoerzeugte
Löcher.
Die photoerzeugten Elektronen und Löcher werden erzeugt, wenn Licht
auf die Vorderseitenoberfläche 10 einfällt und
in dem kristallinen Siliciumwafer 5 absorbiert wird. Der
Wafer 5, die Passivierungsschicht 25 und die a-Si:H-Schicht
vom n-Typ 30 bilden einen pin-Halbleiterübergang
mit einem inneren elektrischen Feld, das die Sammlung der photoerzeugten Elektronen
unterstützt.
Die Punktkontakte 50 bilden einen ohmschen Kontakt zum
p-Typ-Wafer 5, der wirksam die photoerzeugten Löcher sammelt.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Photovoltaikzelle entsprechend der
Erfindung und mit einem wie in den 1 bis 3 gezeigten
Aufbau wird nun beschrieben, wobei verständlich ist, dass dies nicht
das einzige Verfahren zur Herstellung dieser Photovoltaikzelle ist.
Das Verfahren ist auch in Blockdiagrammform in 5 gezeigt.
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In
Schritt 1 wird ein Siliciumwafer, der für die Herstellung von Photovoltaikzellen
geeignet ist, der mit Bor dotiert ist (als p-Typ bezeichnet), mit
einer Dicke von etwa 200 Mikron auf einer ersten Seite oder Fläche des
Wafers strukturiert, die schließlich
die lichtempfangende Seite der Photovoltaikzelle aus dem Wafer wird.
Die Struktuierung kann durch Ätzen in
einer geeigneten sauren oder basischen Lösung durch wohlbekannte Verfahren
durchgeführt
werden. Die Rückseitenoberfläche des
Wafers kann in Abhängigkeit
von der Dicke des Wafers und der eingesetzten Lichteinfanggeometrie
strukturiert sein oder nicht. In Schritt 2 lässt man
eine Dünnschicht
von Siliciumoxid auf der strukturierten Oberfläche durch ein thermisches Oxidationsverfahren
aufwachsen, was z.B. durch Erwärmen
des Wafers für
mehrere Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 900°C in einer
Atmosphäre
enthaltend Sauerstoff und Wasserstoff bewerkstelligt werden kann.
Die Bedingungen für
diesen Prozess können
so ausgewählt werden,
dass die Siliciumoxid-Schichten etwas 5 bis 20 nm dick sind. In
Schritt 3 wird eine Schicht von Siliciumnitrid auf der
Siliciumoxid-Schicht unter Verwendung des plasmagestützten chemischen
Aufdampfens (PECVD) in einer Atmosphäre aus Silan und Ammoniak bei
einer Temperatur von etwa 400°C abgeschieden.
Die Schicht ist in Abhängigkeit
von der Dicke der Siliciumoxid-Schicht etwa 60 bis etwa 90 nm dick.
Die Dicken der Siliciumoxid-Schicht und der Siliciumnitrid-Schicht werden ausgewählt, um
die Lichtdurchlässigkeit
in die Photovoltaikzelle zu maximieren. In einer anderen Ausführungsform
kann die dünne
Oxidschicht weggelassen werden und eine Schicht von Siliciumnitrid
wird direkt auf die strukturierte erste Seite des Wafers abgeschieden.
Diese Schicht ist etwa 80 nm dick und kann abgestuft sein, so dass
der Stickstoffgehalt von 0 an der Oberfläche des Siliciumoxids auf etwa
der in Si3N4 gefundenen Konzentration über eine
Distanz von etwa 10 nm ansteigt und dann über eine Distanz von etwa 70
nm konstant bleibt. Wenn keine- Siliciumoxid-Schicht hinzugefügt wird,
würde die
Abstufung an der ersten Oberfläche
des Wafers beginnen. Die Rückseitenoberfläche des
Wafers ist vor der Aufnahme dieser Schicht geschützt, indem der Wafer in engem
Kontakt mit dem Substrathalter ist. In Schritt 4 wird eine Schicht
von a-Si:H mit einer Dicke von etwa 5 nm direkt auf der Rückseitenoberfläche des
Wafers unter Verwendung von PECVD in Silan bei einer Temperatur
von etwa 200°C
hinzugefügt,
wobei die Vorderseitenoberfläche
in engem Kontakt mit dem Waferhalter ist oder in anderer Weise vor
dem Silanplasma abgeschirmt ist, um die Abscheidung von a-Si:H auf
der Vorderseitenoberfläche
zu vermeiden, unmittelbar gefolgt von der Hinzufügung einer Schicht von a-Si:H vom
n-Typ mit einer Dicke von etwa 20 nm. Die Schicht aus a-Si:H vom
n-Typ kann auf die Schicht von intrinsischem a-Si:H aufgebracht
werden, indem die richtige Menge an n-Dotiermittel, wie Phosphin, zur
Gasmischung aus Silan und Wasserstoff, die zur Aufbringung der intrinsischen
Schicht verwendet wird, während
des PECVD-Verfahrens
zugegeben wird. So stellen die Hinzufügung der Schicht aus a-Si:H
zum p-Typ-Wafer gefolgt von der Hinzufügung der n-Typ-Schicht aus
a-Si:H einen photovoltaisch aktiven pin-Übergang auf der Rückseitenoberfläche des
Wafers bereit. Obwohl hier als zwei getrennte Schichten beschrieben
und veranschaulicht, ist verständlich,
dass die Grenze zwischen der inneren Schicht aus a-Si:H und dem
a-Si:H vom n-Typ nicht notwendigerweise eine eindeutige Grenze ist
und z.B. in Form einer abgestuften Grenze vorliegen kann, bei der
die Menge des n-Dotiermittels sich eher allmählich zwischen den Schichten ändert, statt
abrupt, wie bei zwei Schichten mit wohldefinierter Grenzlinie. In
Schritt 5 wird eine Schicht von einem transparenten leitfähigen Oxid
(TCO), wie Indium-Zinn-Oxid oder Zinkoxid, auf die a-Si:H-Schicht vom
n-Typ aufgebracht. Bei der TCO-Schicht kann es sich um Zinkoxid
mit einer Dicke von etwa 80 nm handeln und sie wird zweckmäßigerweise
unter Verwendung von Magnetron-Sputtern eines gesinterten Zinkoxid-Targets
bei einer Temperatur von etwa 150°C
aufgebracht. Die TCO-Schicht
ist aber optional. In Schritt 6 wird eine Schicht aus Metall,
z.B. Aluminium, mit einer Dicke von etwa 1 Mikron, auf die TCO-Schicht
unter Verwendung von Magnetron-Sputtern von einem Aluminium-Target
in einer Argonatmosphäre
aufgetragen. Diese Aluminiumschicht ist der erste elektrische Kontakt.
In Schritt 7 wird eine Mehrzahl von ersten Löchern in
der Rückseite
des Wafers zumindest durch die Aluminiumschicht und, falls vorhanden,
die TCO-Schicht gebildet. Diese Löcher erstrecken sich vorzugsweise durch
alle anderen Schichten zur Oberfläche des Siliciumwafers und
sogar etwas in den Wafer. Die Löcher
können
einen Durchmesser von etwa 5 Mikron bis etwa 50 Mikron aufweisen
und sie sind beabstandet, so dass die Mitte jedes Lochs etwa 100
Mikron bis 1 mm von der Mitte aller angrenzenden Löcher liegt.
Vorzugsweise ist die Beziehung der Wafer-Diffusionslänge zum Durchmesser der Löcher so,
dass die Diffusionslänge
größer sein
sollte als der Durchmesser der Löcher.
Das Muster dieser Löcher
ist zweckmäßigerweise
eine Anordnung von Säulen
und Reihen von Löchern.
Für einen
Wafer, der etwa 200 Mikron dick ist, ist z.B. der bevorzugte Abstand
der Löcher
so, dass etwa 64 Löcher
pro cm2 bis etwa 6.400 Löcher pro cm2 oder
etwa 104 bis 106 Löcher in einem
Wafer mit einer Oberfläche
von 156 cm2 vorliegen. Der Abstand der Löcher wird
bevorzugt eingestellt, um den Reihenwiderstand der Photovoltaikzelle
zu minimieren und das Leistungsvermögen zu maximieren. Die Löcher können in
jeder zweckmäßigen Weise
hergestellt werden, wie durch mechanisches Bohren oder durch Maskieren
und dann Ätzen
mit einem geeigneten Ätzmittel.
Ein geeignetes Verfahren ist aber die Verwendung eines Lasers, um
Löcher
zu bilden. Es kann z.B. ein Excimer-Laser verwendet werden, um sowohl
die Aluminium- als auch die TCO-Schichten abzutragen, um die Löcher mit
der gewünschten
Größe zu bilden.
In Schritt 8 wird eine Schicht von Siliciumnitrid-Isolierung
auf die Aluminium-Schicht und in die Löcher, die in Schritt 7 gebildet wurden,
aufgebracht. Die Siliciumnitrid-Schicht ist etwa 100 nm dick und
kann durch Magnetron-Sputtern bei einer Substrattemperatur von etwa
150°C oder
durch PECVD bei einer Substrattemperatur von etwa 250°C aufgebracht
werden. Das Siliciumnitrid kann in Abhängigkeit von den Abscheidungsbedingungen
etwas dicker als 100 nm, z.B. 200 nm, gemacht werden, um einen Schlupf
oder Kurzschluss zwischen den ersten und zweiten elektrischen Kontakten
zu verhindern. Obwohl Silicumnitrid in diesem Beispiel als Isolierschicht verwendet
wird, können andere
Materialien in der Erfindung als Isolierschicht verwendet werden,
wie z.B. Siliciumoxynitrid oder Siliciumoxid. In Schritt 9 wird
eine zweite Metallschicht aus z.B. Aluminium auf die Schicht von
Siliciumnitrid aufgebracht, um den zweiten elektrischen Kontakt
zu bilden. Die Aluminiumschicht ist etwa 1 Mikron dick und kann
unter Verwendung von Magnetron-Sputtern aufgetragen werden. In Schritt 10 wird
die zweite Metallschicht aus z.B. Aluminium behandelt, um Punktkontakte
zu bilden, die sich von der zweiten Metallschicht zur Oberfläche und
vorzugsweise in die Oberfläche
des Siliciumwafers erstrecken. Diese Punktkontakte können z.B.
durch Positionieren eines Laserstrahls auf die zweite Metallschicht
an den Stellen im Zentralbereich, wo die Löcher in Schritt 7 gebildet wurden,
gebildet werden. Der Laserstrahl erwärmt das Metall in der zweiten
Kontaktschicht und das geschmolzene Metall schmilzt durch die Schicht
aus Siliciumnitrid (und Schichten aus amorphem Silicium, wenn die
in Schritt 7 gebildeten Schichten sich nicht zum Wafer
erstrecken) und in den Wafer, wobei eine Schicht aus Siliciumnitrid-Isoliermaterial
um den Punktkontakt herum zurückbleibt.
Da die Punktkontakte in den Löchern
gebildet werden, ist die Mitte eines Punktkontakts etwa 100 Mikron
bis etwa 1 mm von der Mitte der Punktkontakte, die unmittelbar daran
angrenzen. Der Abstand der Punktkontakte wird bevorzugt eingestellt,
um den Reihenwiderstand der Photovoltaikzelle zu minimieren und
die Leistungsfähigkeit
der photovoltaischen Zelle zu maximieren. Aufgrund der hohen Temperatur
des geschmolzenen Aluminiums ist es außerdem bevorzugt, diese Prozeduren
so durchzuführen,
dass ein Teil des Aluminiums in den Siliciumwafer diffundiert, was
ein Rückseitenoberflächenfeld
("BSF") in dem Wafer angrenzend
zu dem Bereich, wo das Aluminiummetall den Wafer kontaktiert, bildet.
Obwohl es bevorzugt ist, einen Laser zur Bildung solcher Punktkontakte
zu verwenden, können
andere Verfahren verwendet werden, wie Elektronen- oder Ionenstrahl-Beschuss
der Aluminiumschicht im Vakuum, wobei der Elektronen- oder Ionenstrahl
in den zentralen Bereichen lokalisiert wird, wo die Löcher in
Schritt 7 gebildet wurden. Andere Metalle anstelle von
oder zusätzlich
zu Aluminium können
verwendet werden, wie eines oder mehrere der Metalle, die hier zur
Bildung der elektrischen Kontakte beschrieben wurden.
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Obwohl
die Punktkontakte als zylindrische Schächte oder Säulen mit kreisförmigem horizontalem
Querschnitt gezeigt werden, ist verständlich, dass die Punktkontakte
jede geeignete Form aufweisen können.
Statt runder Löcher,
die mit elektrischem Kontaktmaterial gefüllt sind, können diese Punktkontakte z.B.
halbkugelförmig
oder Schächte
oder Säulen
mit einer ovalen oder mehr länglichen
Querschnittsform sein oder irgendeine andere geeignete geometrische
Form oder irgendein anderes geeignetes geometrisches Muster haben.
Die Breite des Punktkontakts, z.B. der Durchmesser eines zylindrischen
oder säulenförmigen Punktkontakts
oder die Breite eines Punktkontakts mit einer ovalen oder mehr länglichen
Querschnittsform können
bis zu etwa 100 Mikron, z.B. etwa 5 bis etwa 100 Mikron, betragen.
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6 zeigt
einen Querschnitt eines Teils von Photovoltaikzelle 1 entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung mit Punktkontakten, wobei die Punktkontakte passiviert
sind. Das heißt,
es gibt eine Passivierungsschicht oder -schichten zwischen dem Metallteil
des Punktkontakts und der zweiten Oberfläche des Wafers. Die Elemente
der Photovoltaikzelle in 6, die gleich mit den Elementen
in 1 sind, sind gleich nummeriert. Wie in 6 gezeigt,
sind zwischen den Punktkontakten 50 und dem Wafer 5 Schichten 70 und 75.
Aufgrund der Art und Weise, wie die Photovoltaikzelle 1 in 6 gemacht
ist, was nachstehend beschrieben werden wird, sind außerdem Schichten 80 und 85 zwischen
der Isolierschicht 55 und dem zweiten elektrischen Kontakt 45 angeordnet.
Die Schichten 80 und 85 haben die gleiche Zusammensetzung,
zumindest wenn sie anfänglich abgeschieden
sind, wie die Schichten 70 bzw. 75. Die Punktkontakt-Passivierungsschicht 70 kann
z.B. eines oder mehrere von a-Si:H, Legierungen von a-Si:H und Kohlenstoff,
Legierungen von a-Si:H und Stickstoff, Legierungen von a-Si:H und
Sauerstoff, hydriertem mikrokristallinem Silicium oder Mischungen
von a-Si:H und hydriertem mikrokristallinem Silicium umfassen. Sie
umfasst geeigneterweise a-Si:H, gegebenenfalls mit einer vorhandenen
hydrierten mikrokristallinen Siliciumlegierung. Die Punktkontakt-Passivierungsschicht
kann eine Dicke von bis zu etwa 30 nm, z.B. etwa 4 bis etwa 10 mm,
aufweisen. Jedes geeignete Verfahren kann eingesetzt werden, um
die Punktkontakt-Passivierungs schicht zu bilden. Bevorzugt wird
sie auf und in direktem Kontakt mit der zweiten Oberfläche des
Wafers 5 gebildet. Wenn die Punktkontakt-Passivierungsschicht
z.B. a-Si:H umfasst, kann sie unter Verwendung von PECVD in Silan
bei einer Temperatur von bis zu etwa 250°C, z.B. etwa 100 bis etwa 200°C, aufgebracht
werden.
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Die
Photovoltaikzelle der Erfindung wie in 6 gezeigt
umfasst auch eine dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht mit der
gleichen Leitfähigkeit wie
die des Wafers, wobei diese dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht 75 in
dem Bereich zwischen der Punktkontakt-Passivierungsschicht 70 und
dem Punktkontakt 50 angeordnet ist. Diese dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht
kann jedes geeignete Material umfassen, wie z.B. in geeigneter Weise
dotiertes a-Si:H, hydriertes mikrokristallines Silicium oder Mischugnen
davon. Wenn der Wafer 5 vom p-Typ ist, kann die dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht
a-Si:H vom p-Typ, Legierungen aus a-Si:H vom p-Typ und Kohlenstoff,
Legierungen aus a-Si:H vom p-Typ und Stickstoff oder Legierungen
von a-Si:H und Sauerstoff oder Mischungen davon umfassen. Bor kann
z.B. als p-Typ-Dotiermaterial verwendet werden. Die Gesamtmenge
dieses Dotiermittels kann etwa 0,01 Atom-% bis etwa 1,0 Atom-%, bezogen
auf die Gesamtmenge von vorhandenem Silicium, Legierungsmaterial
und Dotiermittel, betragen. Diese dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht kann
eine Dicke von bis zu etwa 30 nm, z.B. etwa 10 bis etwa 20 nm, aufweisen.
Die dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht 75 kann unter
Verwendung jedes geeigneten Verfahrens gebildet werden. Wenn die
Schicht a-Si:H vom p-Typ umfasst, kann sie unter Verwendung von
PECVD bei einer Substrattemperatur von etwa 200°C in einer Atmosphäre von Silan enthaltend
eine geringe Menge an Diboran aufgebracht werden, um die aufgebrachte
Schicht mit der vorstehend genannten Menge an Bor-Dotiermittel zu versehen.
Wenn der Wafer 5 vom n-Typ ist, dann kann die dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht a-Si:H
vom n-Typ, Legierungen von a-Si:H und Kohlenstoff, Legierungen von
a-Si:H und Stickstoff oder Legierungen von a-Si:H und Sauerstoff
oder Mischungen davon umfassen. Phosphor kann z.B. als n-Typ-Dotiermaterial
verwendet werden. Die Gesamtmenge dieses Dotiermittels kann etwa
0,01 Atom-% bis etwa 1,0 Atom-%, bezogen auf die Gesamt menge an
vorhandenem Silicium, Legierungsmaterial und Dotiermittel, betragen.
Diese dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht kann eine Dicke von etwa
30 nm, z.B. etwa 10 bis etwa 20 nm, aufweisen. Die dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht 75 kann unter
Verwendung jedes geeigneten Verfahrens gebildet werden. Wenn die
Schicht a-Si:H vom n-Typ umfasst, kann sie unter Verwendung von
PECVD bei einer Substrattemperatur von etwa 200°C in einer Atmosphäre von Silan
enthaltend eine geringe Menge an Phosphin aufgebracht werden, um
die aufgetragene Schicht mit der vorstehend genannten Menge an Phosphor-Dotiermittel
zu versehen.
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Die
Photovoltaikzelle 1 in 6 kann z.B.
in der gleichen Weise hergestellt werden, wie für die Photovoltaikzelle von 1 beschrieben,
außer
dass nach dem Schritt der Abscheidung der Isolierschicht 55 ein
zweiter Schritt eingesetzt werden kann, um zweite Löcher im
Mittelbereich der ersten Löcher
zu bilden. Diese zweiten Löcher
sind so gemacht, dass die Oberfläche
des Wafers freigelegt wird. Die zweiten Löcher können durch jedes geeignete
Verfahren gemacht werden, wie z.B. durch Laserablation mit einem
Nd-YAG-Laser mit einer Laserstrahl-Energiedichte, die ausreicht,
um die Isolierschicht 55 abzutragen. Die Punktkontakt-Passivierungsschicht 70 wird
in den zweiten Löchern
durch das vorstehend beschriebene Verfahren abgeschieden und kann
auf der gesamten äußeren Oberfläche der
Isolierschicht 55 abgeschieden werden, so dass die Schicht 80 gebildet
wird. Nach Abscheidung der Punktkontakt-Passivierungsschicht 70 kann
die dotierte Punktkontakt-Halbleiterschicht 75 durch ein
oder mehrere vorstehend beschriebene Verfahren abgeschieden werden.
Wiederum wird diese Schicht in den zweiten Löchern über der Punktkontakt-Passivierungsschicht abgeschieden,
um die Schicht 75 zu bilden, und kann über der ganzen Oberfläche der
Isolierschicht 55 abgeschieden werden, um die Schicht 85 zu
bilden. Die Metallschicht 45, z.B. Aluminium, wird als
nächstes abgeschieden,
um den zweiten elektrischen Kontakt zu bilden. Die Metallschicht
kann durch ein oder mehrere der gleichen Verfahren, die vorstehend
für die Abscheidung
der Schicht 45 in 1 beschrieben wurden,
abgeschieden werden. Wenn diese Metallschicht abgeschieden wird,
füllt sie
die Löcher
mit der Punktkontakt- Passivierungsschicht 70 und
der dotierten Punktkontakt-Halbleiterschicht 75, um den passivierten
Punktkontakt für
die Photovoltaikzelle zu vervollständigen. Die Metallschicht 45 kann
eine Dicke von etwa 1 Mikron bis etwa 2 Mikron aufweisen. Obwohl
in 6 nicht gezeigt, kann zwischen dem Metallteil
der Punktkontakte 50 und der Punktkontakt-Halbleiterschicht 75 eine
Schicht aus TCO hinzugefügt
werden. Diese TCO-Schicht kann z.B. 1 oder mehrere aus Zinkoxid
oder Zinnoxid oder Indium-Zinn-Oxid umfassen. Die TCO-Schicht, egal
ob sie eine einzelne TCO-Schicht oder zwei oder mehr Schichten umfasst,
kann eine Dicke von bis zu etwa 120 nm, z.B. etwa 70 bis etwa 100
nm, aufweisen. Diese TCO-Schicht kann durch jedes geeignete Verfahren
aufgebracht werden, wie z.B. Sputtern von ZnO von einem gesinterten
ZnO-Target bei einer Substrattemperatur von etwa 150°C.
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7 zeigt
eine Draufsicht der Rückseite
der Photovoltaikzelle 100 entsprechend einer anderen Ausführungsform
der Erfindung mit ineinander verschränkten elektrischen Kontakten
auf der Rückseitenoberfläche der
Zelle. 7 zeigt den ersten elektrischen Kontakt 140 und
den zweiten elektrischen Kontakt 141. Wie nachstehend ausführlicher
beschrieben sind 140 und 141 elektrischen Kontakte
mit ineinander verschränkter
Struktur. Wie in 7 gezeigt, sind die elektrischen
Kontakte 140 und 141 in Form von ineinander verschränkten "Fingern", so dass jeder Kontakt
nahe von dem anderen Kontakt beabstandet und elektrisch durch den
Raum 144 getrennt ist. Wie vorstehend beschrieben, ist
die elektrische Trennung 144 bevorzugt bis zu etwa 30 Mikron, z.B.
etwa 5 bis etwa 20 Mikron. Jeder "Finger" im elektrischen Kontakt kann bis zu
etwa 100 Mikron breit sein; z.B. etwa 20 bis etwa 80 Mikron. 7 zeigt
auch die Passivierungsschicht 125, die nachstehend ausführlicher
beschrieben ist. Es ist verständlich,
dass 7 eine vereinfachte Sicht der ineinander verschränkten Kontakte
ist. In einer tatsächlichen
Photovoltaikzelle würde
die Anzahl an "Fingern" bevorzugt von der
Größe des Wafers
abhängen
und würde
so gewählt
werden, dass ein optimierter Zellwirkungsgrad erreicht wird. Daher
ist die Zahl der Finger in einer funktionierenden Zelle vorzugsweise
sehr viel größer als
die Zahl der in 7 gezeigten Finger und sie würden bevorzugt
eine Breite und einen Abstand aufweisen, welche die gleichen sind,
wie die vorstehend beschriebenen Bereiche. Für ein optimales Photovoltaikzell-Leistungsvermögen sollte
die Minoritätsträger-Diffusionslänge des Wafers
größer sein
als der Abstand 144 und die halbe Breite eines Fingers,
der dem Abstand 144 am nächsten ist. Dies ist deutlicher
in 7 gezeigt, worin der Abstand "x",
welcher der Abstand zwischen einem Finger eines zweiten Kontakts
(Basiskontakts) und einem Finger eines ersten Kontakts (Emitterkontakts)
plus der halben Breite des Fingers des ersten Kontakts ist. Der
Abstand "x" ist bevorzugt kleiner
als die Diffusionslänge
des Wafers 105.
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8 ist
eine dreidimensionale Querschnittsansicht eines Teils der Photovoltaikzelle 100,
die in 7 gezeigt ist. Es handelt sich um den Teil, der
wie in 7 gezeigt als 8 gesehen wird. Die Vorderseiten-
oder lichtempfangende Oberfläche
des p-Typ-Wafers 105 ist strukturiert, wie durch die Texturlinie 110 gezeigt.
Der Wafer 105 hat eine erste Passivierungsschicht 115 auf
der Vorderseitenoberfläche
aus einer Schicht von Siliciumdioxid und einer Schicht von Siliciumnitrid 120.
Die Photovoltaikzelle 100 hat eine zweite Passivierungsschicht 125 umfassend
hydriertes amorphes Silicium, die im Kontakt mit dem Wafer 105 angeordnet
ist. Die zweite Passivierungsschicht 125 ist in Kontakt
mit einer Schicht 130 aus a-Si:H vom n-Typ. Die Schicht 130 ist
im Kontakt mit der TCO-Schicht 135 umfassend
Zinkoxid oder Indium-Zinn-Oxid. Die TCO-Schicht 135 ist neben
der, in Kontakt mit der und angeordnet unter der ersten Metallschicht 140 umfassend
z.B. Aluminium. So bildet die Aluminiummetallschicht 140 zusammen
mit der TCO-Schicht 135 den ersten elektrischen Kontakt
auf der Rückseite
der Photovoltaikzelle 110. Die 100 zeigt
auch den zweiten elektrischen Kontakt 141 umfassend eine
Schicht 131 umfassend a-Si:H vom p-Typ und eine TCO-Schicht 137 umfassend
z.B. Zinnoxid oder Indium-Zinn-Oxid. Obwohl die Schichten 115, 120, 125, 130, 131, 135, 137, 140, 141 hier
beschrieben worden sind, ist verständlich, dass sie andere Materialien
umfassen können und
hergestellt werden können
wie für
die entsprechenden Schichten beschrieben, die vorstehend für die anderen
Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben sind. Sie können z.B. die Zusammensetzung
und die Abmessungen der entsprechenden Schichten wie für die in
den 1 bis 4 gezeigte Photovoltaikzelle
beschrieben aufweisen. Insbesondere kann die Schicht 115 a-Si:H
umfassen und, wenn Kohlenstoff in dieser Schicht aus a-Si:H enthalten
ist, die Menge an Kohlenstoff kann abgestuft sein, so dass die Menge
an Kohlenstoff im a-Si:H neben dem Wafer minimal ist, z.B. kein
Kohlenstoff, und maximal, z.B. etwa 15, 20 oder 25 Atom-% (bezogen
auf Silicium und Kohlenstoffatome in der Schicht insgesamt), am
weitesten entfernt von der Grenzfläche zwischen dem Wafer und
der a-Si:H-Schicht.
Wenn in der Schicht Bor enthalten ist, kann die Borkonzentration
auf die gleiche Weise abgestuft sein, wobei die maximale Borkonzentration
etwa 1 Atom-% (bezogen auf die Gesamtmenge an Silicium, Bor und, falls
vorhanden, Kohlenstoff in der Schicht) beträgt.
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Die
in den 7 und 8 gezeigte Photovoltaikzelle
kann durch Strukturieren des Wafers unter Verwendung von einem oder
mehreren der vorstehend beschriebenen Strukturierverfahren hergestellt
werden. Die Schichten 115 und 120 können durch
PECVD abgeschieden werden. Die Schicht 115 umfassend z.B.
a-Si:H enthaltend Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoff abgestuft ist,
wie vorstehend beschrieben, kann bei einer Substrattemperatur von etwa
150 bis etwa 300°C
mit einem Plasma in Silan und Wasserstoff abgeschieden werden, wobei
die Menge an Methan und, falls gewünscht, Boran, in der Gasmischung
allmählich
erhöht
wird, um die gewünschte
Abstufung von Kohlenstoff und/oder Bor in der Schicht zu erreichen.
Wenn der Wafer ein kristalliner Siliciumwafer vom n-Typ ist, dann
können
Phosphin oder eine andere Quelle von Phosphor oder ein anderes n-Dotierungsmittel
in der Silangas-Beschickung verwendet werden, um eine abgestufte a-Si:H-Schicht 115 zu
bilden, die Phosphor oder ein anderes n-Typ-Dotiermittel anstelle von Kohlenstoff oder
Bor enthält.
Die abgestuften Konzentrationen an Phosphor oder anderem n-Typ-Dotiermittel
können die
gleichen wie die für
Bor sein. Bei der Bildung des Rückseitenkontakts
kann die zweite Passivierungsschicht 125 umfassend z.B.
a-Si:H über
der ganzen Rückseitenoberfläche des
Wafers aufgetragen werden, wobei z.B. PECVD bei einer Substrattemperatur von
z.B. etwa 150 bis etwa 250°C
verwendet wird. Nach der Abscheidung der Schicht 125 kann
die Schicht 130 umfassend z.B. a-Si:H vom n-Typ über der
ganzen Rückseitenoberfläche des
Wafers bei einer Temperatur von z.B. etwa 150 bis etwa 250°C aufgebracht
werden. Als nächstes
wird eine TCO-Schicht 135, umfassend z.B. Zinkoxid oder
Indium-Zinn-Oxid, z.B. durch Sputtern abgeschieden. Als nächstes wird
die Metallschicht 140, umfassend z.B. Aluminium, z.B. durch
Sputtern abgeschieden. Der nächste
Schritt ist die Bildung des Abstands 144 für die ineinander
verschränkten
Kontakte. Dies kann durch Entfernen der Schichten 125, 130, 135 und 140 in
dem gewünschten
Muster, wie dem in 7 gezeigten Muster, für die Abstände 144 bewerkstelligt werden.
Diese Schichten können
durch jedes geeignete Verfahren entfernt werden, wie z.B. Maskieren und
chemisches Ätzen.
Ein bevorzugtes Verfahren ist aber die Verwendung eines Lasers,
wie eines Hochgeschwindigkeits-Abtastlasers, um die Schichten in
dem gewünschten
Muster abzutragen. Zum Beispiel kann ein frequenzverdoppelter Nd-Yag-Laser
eingesetzt werden, um die abgeschiedenen Schichten in den zweckmäßigen Bereichen
abzutragen. Der Laser sollte bevorzugt die Schichten 125, 130, 135 und 140 in
dem gewünschten
Muster entfernen, ohne die Oberfläche des Wafers 105 zu
schädigen.
Nach diesem Laserablationsschritt kann die Oberfläche des
freigelegten Wafers mit einer Wasserstoffplasmaentladung behandelt
werden, um Schäden
zu mildern oder zu reparieren, die vielleicht durch den Laser auf
der Waferoberfläche
verursacht worden sind.
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Nach
diesem Schritt der Entfernung der Schichten, wird eine Schicht 125 aus
z.B. a-Si:H hinzugefügt,
dann wird die Schicht 131, die z.B. a-Si:H vom p-Typ umfassen
kann, hinzugefügt,
dann die TCO-Schicht 137 umfassend z.B. Indium-Zinn-Oxid oder Zinkoxid,
gefolgt von der Metallschicht 141 umfassend z.B. Aluminium.
Diese Schichten füllen
die Räume,
die im vorigen Schritt durch Laserablation oder ein anderes eingesetztes
Verfahren zur Entfernung der Schichten 125, 130, 135 und 140 gebildet wurden.
Eine Schicht 125 von a-Si:H und Schichten 131 und 137 werden
auch oben auf der Schicht 140 gebildet. Wenn die Metallschicht 141 aufgebracht wird,
reagiert sie aber mit den amorphen Siliciumschichten a-Si:H und
a-Si:H vom p-Typ, um ein leitfähiges
Eutektikum zu bilden.
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Um
den ineinander verschränkten
Rückseitenkontakt
zu vervollständigen,
wird eine Lücke
oder ein Raum 144 zwischen den Schichten 140 und 141 gebildet.
Die Lücke
oder der Raum kann durch jedes geeignete Verfahren gebildet werden.
Das bevorzugte Verfahren ist aber die Verwendung eines Lasers, um
die Schichten zwischen 140 und 141 zu entfernen.
Zum Beispiel kann ein frequenzverdoppelter Nd-Yag-Laser eingesetzt
werden, um die abgeschiedenen Schichten in den zweckmäßigen Bereichen abzutragen.
In einem optionalen Schritt wird nach der Bildung der Lücke oder
des Raumes die Rückseitenoberfläche des
Wafers behandelt, um eine Passivierungsschicht umfassend ein oder
mehrere der zur Bildung der Schicht 125 verwendeten Materialien
zu bilden. Diese Passivierungsschicht passiviert den Teil des Wafers,
der durch den Schritt, der zur Bildung der Lücke oder des Raums 144 eingesetzt
wurde, freigelegt wurde. Diese Schicht ist in 8 nicht gezeigt.
Sie kann die gleiche Dicke wie für
die Schicht 125 beschrieben aufweisen und sie kann wie vorstehend
angegeben die gleiche Zusammensetzung haben.
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9 zeigt
eine Draufsicht auf die Rückseite der
Photovoltaikzelle 200 gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung mit ineinander verzahnten elektrischen Kontakten auf
der Rückseitenoberfläche der
Zelle. In dieser Ausführungsform
umfasst aber ein Kontakt auf der Rückseitenoberfläche der Zelle,
der in 9 als 241 gezeigte Kontakt, Metall, wie
Aluminium, das abgeschieden werden kann, z.B. anfänglich als
Aluminium enthaltende Paste, gefolgt von einem Brennen der Paste
bei einer Temperatur und über
einen Zeitraum, die ausreichen, um einen Aluminiumkontakt in dem
gewünschten
Fingermuster wie gezeigt zu bilden. Wiederum zeigt 9 wie 7 zur
Vereinfachung nur einige "Finger". Die tatsächliche
Zelle hat wahrscheinlich eine große Anzahl an Fingern, um den
gewünschten
Abstand und das maximale Ladungssammlungsvermögen zu erreichen. 9 zeigt
auch einen anderen elektrischen Kontakt 240 und eine a-Si:H-Schicht 225.
Die Kontakte 240 und 241 bilden ein ineinander
verschränktes
Muster, das durch den Raum oder die Lücke 244 wie vorstehend
für die
in 7 gezeigte Zelle beschrieben getrennt ist. Der
Abstand und die Breite dieser Finger kann wie vorstehend für die 7 und 8 beschrieben
sein.
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10 ist
eine dreidimensionale Querschnittsansicht eines Teils der in 9 gezeigten Photovoltaikzelle 200.
Es handelt sich um den Teil, der wie in 9 als 10 gezeigt
gesehen wird. Die Vorderseiten- oder lichtempfangende Oberfläche des
Wafers 205 ist strukturiert, wie durch die Texturlinie 210 gezeigt.
Der Wafer 205 z.B. mit p-Typ-Leitfähigkeit weist eine erste Passivierungsschicht 215 auf der
Vorderseitenoberfläche
umfassend z.B. eine Schicht von Siliciumdioxid und eine Schicht
von Siliciumnitrid 220 auf. Die Photovoltaikzelle 200 hat
eine zweite Passivierungsschicht 225 umfassend z.B. hydriertes
amorphes Silicium und ist in Kontakt mit dem Wafer 205 angeordnet.
Die zweite Passivierungsschicht 225 ist in Kontakt mit
einer Schicht 230 umfassend a-Si:H vom n-Typ. Die Schicht 230 ist
in Kontakt mit der TCO-Schicht 235 umfassend z.B. Zinkoxid
oder Indium-Zinn-Oxid. Die TCO-Schicht 235 ist neben der,
in Kontakt mit der und angeordnet unter der ersten Metallschicht 240 umfassend
z.B. Aluminium. So bildet die Metallschicht 240 zusammen
mit der TCO-Schicht 235 den ersten elektrischen Kontakt
auf der Rückseite
der Photovoltaikzelle 210. Die 200 zeigt
auch den zweiten elektrischen Kontakt 241 umfassend zum
Beispiel Aluminium, der auf den Wafer 205 wie vorstehend
beschrieben aufgebracht werden kann. Die Schichten 215, 220, 225, 230, 235, 240 und 241 können die
Materialien umfassen und hergestellt sein, wie für die entsprechenden Schichten
beschrieben, die vorstehend für
die anderen Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben wurden. Sie können z.B. die Zusammensetzung
und die Abmessungen der entsprechenden Schichten aufweisen, wie
für die
in den 1 bis 4 gezeigte Photovoltaikzelle
beschrieben. Insbesondere kann die Schicht 215 a-Si:H umfassen
und, wenn Kohlenstoff in der Schicht von a-Si:H enthalten ist, die
Menge an Kohlenstoff kann abgestuft sein, so dass die Menge an Kohlenstoff
im a-Si:H neben dem Wafer minimal ist, z.B. kein Kohlenstoff, und
maximal z.B. 15, 20 oder 25 Atom-% (bezogen auf Silicium und Kohlenstoffatome
insgesamt in der Schicht) am weitesten entfernt von der Grenzfläche zwischen
dem Wafer und der a-Si:H-Schicht. Wenn Bor in der Schicht enthalten
ist, kann die Borkonzentration in der gleichen Weise abgestuft sein,
wobei die maximale Borkonzentration etwa 1 Atom-% (bezogen auf die
Gesamtmenge an Silicium und, falls vorhanden, Kohlenstoff in der
Schicht) beträgt.
Der elektrische Kontakt 240 und 244 kann die Raum-
und Lücken abmessungen wie
für die
in den 7 und 8 gezeigte Zelle beschrieben
aufweisen.
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Die
in den 9 und 10 gezeigte Photovoltaikzelle
kann in der gleichen Weise hergestellt werden wie vorstehend für die in
den 7 und 8 gezeigte Zelle beschrieben,
außer
dass die Schichten 225, 230, 235 und 240 bevorzugt
gebildet sind, nachdem der Metallkontakt 241 gebildet ist.
Der Laser wird dann eingesetzt, um den Raum oder die Lücke 244 durch
Abtragen der Schichten 225, 230, 235 und 240 in
dem gewünschten
Muster zu bilden, um die elektrisch getrennten, ineinander verschränkten Kontakte 240 und 241 zu
bilden.
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Die
Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen
Kontakts aus einer elektrischen Leiterschicht, wie einer Metallschicht,
zu einer zweiten Schicht in einer Halbleitervorrichtung, wobei die
elektrische Leiterschicht von der zweiten Schicht durch mindestens
eine dritte Schicht getrennt ist und wobei die dritte Schicht bevorzugt
eine elektrisch isoliererende Schicht ist. Die zweite Schicht kann
z.B. ein Wafer, wie ein kristalliner oder multikristalliner Siliciumwafer
sein, wie hier beschrieben, die elektrische Isolierschicht kann
z.B. eine oder mehrere Schichten von Siliciumnitrid, Siliciumdioxid
oder Siliciumoxynitrid sein. Die elektrisch isolierende Schicht umfasst
bevorzugt Siliciumnitrid. Es kann andere Schichten geben, wie z.B.
eine oder mehrere von a-Si:H, Legierungen von a-Si:H und Kohlenstoff,
Legierungen von a-Si:H und Stickstoff, Legierungen von a-Si:H und
Sauerstoff, hydriertem mikrokristallinem Silicium oder Mischungen
von a-Si:H und hydriertem mikrokristallinem Silicium, einer Metallschicht
und p- oder n-dotiertem a-Si:H. Wenn es eine oder mehrere Schichten
gibt, wie eine oder mehrere von a-Si:H, Legierungen von a-Si:H und
Kohlenstoff, Legierungen von a-Si:H und Stickstoff, Legierungen
von a-Si:H und Sauerstoff, hydriertem mikrokristallinem Silicium, Mischungen
von a-Si:H und hydriertem mikrokristallinem Silicium, einer anderen
Metallschicht oder p- oder n-dotiertem a-Si:H, die auf einem Wafer,
wie z.B. einem multikristallinem oder kristallinem Siliciumwafer,
wie hier beschrieben, vorhanden sind, kann der elektrische Kontakt
durch das Verfahren hergestellt werden, das die Herstellung eines
ersten Lochs oder einer ersten Öffnung
in der Schicht oder den Schichten unter Verwendung irgendeines geeigneten Mittels
zur Bildung dieses Lochs oder dieser Öffnung umfasst, so dass das
Loch oder die Öffnung
sich vorzugsweise zur Oberfläche
der zweiten Schicht erstreckt. Ein Laser wird bevorzugt verwendet,
um dieses Loch oder diese Öffnung
zu bilden, wie die hier vorstehend beschriebenen Laser. Die elektrisch
isolierende Schicht, wie z.B. Siliciumnitrid, wird auf die oberste
Schicht und in die ersten Löcher
oder Öffnungen
z.B. unter Verwendung hier beschriebenen Verfahren abgeschieden.
Das Verfahren zur Bildung des Kontakts kann durch eines der beiden
unterschiedlichen Verfahrensabfolgen vervollständigt wird.
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In
einer Abfolge wird ein zweites Loch oder eine zweite Öffnung durch
die Isolierschicht in dem ersten Loch oder der ersten Öffnung,
die sich vorzugsweise zur Oberfläche
der zweiten Schicht erstreckt, durch irgendein geeignetes Verfahren
zur Bildung dieses Lochs oder dieser Öffnung und vorzugsweise durch
Verwendung eines Lasers, wie die hier beschriebenen Laser, hergestellt.
Das zweite Loch oder die zweite Öffnung
hat eine kleinere Abmessung als das erste Loch oder die erste Öffnung,
so dass eine Schicht oder ein Bereich des Isoliermaterials um die
Innenfläche
des zweiten Lochs oder der zweiten Öffnung herum verbleibt. Eine
elektrisch leitende Schicht, wie eine Metallschicht, z.B. die eine
oder mehrere der hier beschriebenen Metallschichten, wird über der
Isolierschicht und in das erste Loch abgeschieden, wodurch der Kontakt
zwischen der elektrisch leitenden Schicht und der zweiten Schicht
gebildet wird.
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Die
Bildung eines elektrischen Kontakts, das durch das vorstehend beschriebene
Verfahren unter Verwendung der ersten Abfolge hergestellt ist, ist
in schematischer Form in 11 unter
Verwendung eines Siliciumwafers als zweiter Schicht, a-Si:H als
einer Schicht zwischen der elektrischen Kontaktschicht und dem Wafer
und Siliciumnitrid als der Isolierschicht gezeigt. 11 zeigt
Querschnittsansichten des elektrischen Kontakts. Es wird beschrieben
unter Verwendung eines Metalls als elektrisch leitender Schicht.
Es ist aber verständlich,
dass die elektrisch leitende Schicht andere elektrisch leitende
Materialien umfassen kann.
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11A zeigt einen Wafer 305 mit einer darauf
abgeschiedenen a-Si:H-Schicht 325. Wie in 11B gezeigt wird das erste Loch 327 in
der Schicht 325 durch ein oder mehrere geeignete Verfahren,
wie durch Laserablation der Schicht gebildet. Danach wird eine Schicht 355 aus
elektrisch isolierendem Material, z.B. Siliciumnitrid, über der
Schicht 325 und in dem Loch 327 abgeschieden,
wie in 11C gezeigt. Das zweite Loch 328 wird
in der Schicht 355 in dem Mittelbereich von dem, was das erste
Loch 327 war, gebildet, wie in 11D gezeigt, so
dass eine Schicht von Isoliermaterial am Außenbereich des Lochs 328 verbleibt.
Diese Schicht von Isoliermaterial 355 am Außenbereich
des Lochs 328 ist in 11D als 329 gezeigt.
Das zweite Loch 328 hat eine kleinere Abmessung als das
erste Loch oder die erste Öffnung 327.
Im nächsten
Schritt wird wie in 11E gezeigt eine elektrisch
leitende Schicht 370, wie eine Metallschicht, über der
Isolierschicht 355 gebildet, wodurch das Loch 328 gefüllt wird
und ein elektrischer Kontakt zwischen der Schicht 370 und der
Schicht 305 gebildet wird, womit der elektrische Kontakt
vervollständigt
wird.
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In
einem alternativen Verfahren kann eine zweite Verarbeitungsfolge
verwendet werden, bei der nach Bildung der Struktur wie in 11C gezeigt, eine elektrisch leitende Schicht,
wie eine Metallschicht, über
der Isolierschicht 355 abgeschieden wird und dann ein Laser
oder ein anderes Mittel wie vorstehend beschrieben verwendet wird,
um die elektrisch leitende Schicht über den Bereich, wo das Loch 327 sich
befindet, zu "brennen" und die elektrisch
leitende Schicht in diesem Bereich zu erhitzen und zu verflüssigen,
so dass sie durch die Isolierschicht 355 in das Loch 327 schmilzt
und einen elektrischen Kontakt mit der Schicht 305 bildet.
Diese Brennen wird so bewerkstelligt, dass eine Schicht aus Isoliermaterial 355 zwischen
dem Kontakt und der Schicht 305 bleibt. Diese Schicht ist
in 11D als 329 gezeigt.
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Wenn
hier auf eine Schicht, die über
einer anderen Schicht oder über
einem Wafer angeordnet ist, Bezug genommen wird und sofern nicht
anders angegeben, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass diese
Schicht direkt auf oder in Kontakt mit dieser anderen Schicht oder
diesem Wafer ist. Schichten oder andere Materialien können zwischen
solchen Schichten oder zwischen einer solchen Schicht und dem Wafer
sein.
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Sofern
hier nicht anders angegeben, bedeutet Siliciumnitrid bevorzugt hydriertes
Siliciumnitrid, das durch PECVD gebildet ist. Ein solches durch PECVD
gebildetes Siliciumnitrid hat eine Stöchiometrie nahe an Si3N4. Verfahren zur
Abscheidung von Schichten von a-Si:H, mit oder ohne Dotiermittel,
wie Phosphor oder Bor, oder anderen Elementen, wie Stickstoff oder
Kohlenstoff, sind in der Technik gut bekannt. Allgemeine Bedingungen
für die
Abscheidung solcher Schichten durch PECVD unter Verwendung einer
Mischung von Silan in Wasserstoff sind aber Substrattemperaturen
von etwa 100°C
bis etwa 250°C
und Drücke
von etwa 0,05 bis etwa 5 Torr. Verfahren zur Abscheidung von Schichten
von Siliciumnitrid sind auch gut bekannt. Allgemeine Bedingungen
für die
Abscheidung solcher Schichten durch PECVD unter Verwendung einer
Mischung von Silan und Ammoniak sind aber Substrattemperaturen von etwa
200°C bis
etwa 450°C
und Drücke
von etwa 0,05 bis etwa 2 Torr.
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Die
Photovoltaikzellen der Erfindung weisen einen hohen Wirkungsgrad
bei der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie auf.
Photovoltaikzellen der Erfindung, die unter Verwendung eines monokristallinen
Siliciumwafers hergestellt werden, bevorzugt mit einer Fläche von
etwa 100 bis etwa 250 cm2, können einen
Wirkungsgrad von mindestens etwa 20% haben und können einen Wirkungsgrad von
bis zu oder mindestens etwa 23% haben. Wie hier verwendet, wird
der Wirkungsgrad der Photovoltaikzellen, die durch das Verfahren
der Erfindung hergestellt werden, unter Verwendung der Standarttestbedingungen
von AM1.5G bei 25°C
mit 1.000 W/m2 (1.000 Watt pro Quadratmeter)
Beleuchtung gemessen, wobei der Wirkungsgrad die elektrische Energieabgabe
der Zelle zur Lichtenergieaufnahme, ausgedrückt in Prozent, ist.
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Die
Photovoltaikzellen der Erfindung können verwendet werden, um Module
zu bilden, wobei z.B. eine Mehrzahl solcher Zellen in einer gewünschten Anordnung
elektrisch verbunden und auf oder zwischen ein geeignetes Trägermaterial,
wie ein Abschnitt von Glas oder einem anderen geeigneten Material,
montiert werden. Verfahren zur Herstellung von Modulen aus Photovoltaikzellen
sind den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannt.
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Die
US-Provisional Patentanmeldung, Aktenzeichen 60/623452, eingereicht
am 29. Oktober 2004, wird hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit
aufgenommen.
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Zusammenfassung
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Photovoltaikzelle,
umfassend einen Wafer, umfassend ein Halbleitermaterial von einem
ersten Leitfähigkeitstyp,
wobei der Wafer eine erste Licht empfangende Oberfläche und
eine zweite Oberfläche,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
umfasst; eine erste Passivierungsschicht, die über der ersten Oberfläche des
Wafers angeordnet ist; einen ersten elektrischen Kontakt, der über der
zweiten Oberfläche
des Wafers angeordnet ist; einen zweiten elektrischen Kontakt, der über der
zweiten Oberfläche
des Wafers angeordnet ist und elektrisch von dem ersten elektrischen
Kontakt getrennt ist; eine zweite Passivierungsschicht, die über der
zweiten Oberfläche
des Wafers in dem Bereich des Wafers angeordnet ist, der mindestens
zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und der zweiten Oberfläche des Wafers
ist; und eine Schicht, umfassend ein Halbleitermaterial von einer
Leitfähigkeit,
die entgegengesetzt zur Leitfähigkeit
des Wafers ist, und die in dem Bereich zwischen der zweiten Passivierungsschicht und
dem ersten Kontakt angeordnet ist.