DE112013006094T5

DE112013006094T5 - Herstellung einer Solarzellen-Emitterzone unter Verwendung von Silizium-Nanopartikeln

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Publication number: DE112013006094T5
Application number: DE112013006094.9T
Authority: DE
Inventors: David D. Smith; Michael MORSE; Taeseok Kim; Steven Edward Molesa; Paul Loscutoff; Ann Waldhauer
Original assignee: SunPower Corp
Current assignee: SunPower Corp
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-08-27
Also published as: JP6224729B2; JP2016506077A; AU2013364371A1; US20140170800A1; TW201427037A; US9559246B2; AU2013364371B2; TWI591837B; KR20150097612A; KR102051548B1; US20160071999A1; US20140295609A1; US9252319B2; CN105453275A; CN105453275B; US8785233B2; WO2014098981A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Solarzellen-Emitterzonen unter Verwendung von Silizium Nano-Teilchen und die sich daraus ergebenden Solarzellen werden beschrieben. In einem Beispiel beinhaltet das Verfahren zum Herstellen einer Emitterzone einer Solarzelle das Bilden einer Region von dotierten Silizium Nano-Teilchen über einer Oberfläche eines Substrats der Solarzelle angebrachten dielektrischen Schicht. Eine Schicht von Silizium ist auf der Region von dotierten Silizium Nano-Teilchen gebildet. Wenigstens ein Teil der Schicht des Siliziums ist gemischt mit wenigstens einem Teil der Region von dotierten Silizium Nano-Teilchen um eine auf der dielektrischen Schicht angebrachte dotierte polycrystalline Siliziumschicht zu bilden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liegen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energie und insbesondere von Verfahren zur Herstellung von Solarzellen-Emitterzonen unter Verwendung von Silizium-Nanopartikeln und der so erhaltenen Solarzellen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Photovoltaikzellen, gewöhnlich bekannt als Solarzellen, sind gut bekannte Vorrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Im Allgemeinen werden Solarzellen auf einem Halbleiter-Wafer oder -Substrat unter Verwendung von Verarbeitungstechniken hergestellt, um einen PN-Übergang nahe einer Oberfläche des Substrats zu bilden. Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats auftrifft und in dieses eindringt, erzeugt Elektronen-Loch-Paare im Bulk des Substrats. Die Elektronen-Loch-Paare wandern in p-dotierte und n-dotierte Bereiche im Substrat, wodurch sie ein Spannungsdifferenzial zwischen den dotierten Bereichen erzeugen. Die dotierten Bereiche sind mit leitenden Bereichen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle an eine externe Schaltung zu leiten, die damit gekoppelt ist.
Der Wirkungsgrad ist eine wichtige Eigenschaft einer Solarzelle, da er direkt mit der Fähigkeit der Solarzelle, Leistung zu erzeugen, in Bezug steht. Ähnlich steht der Wirkungsgrad bei der Herstellung von Solarzellen direkt mit der Kosteneffizienz von derartigen Solarzellen in Bezug. Dementsprechend sind Techniken, um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen, oder Techniken, um den Wirkungsgrad bei der Herstellung von Solarzellen zu erhöhen, im Allgemeinen wünschenswert. Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen erhöhten Wirkungsgrad bei der Fertigung von Solarzellen durch die Bereitstellung von neuartigen Prozessen für die Herstellung von Solarzellstrukturen. Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen erhöhten Wirkungsgrad von Solarzellen durch die Bereitstellung von neuartigen Solarzellstrukturen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1D veranschaulichen Querschnittansichten von verschiedenen Schritten bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2A–2C veranschaulichen Querschnittansichten von verschiedenen Schritten bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3A–3F veranschaulichen Querschnittansichten von verschiedenen Schritten bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verfahren zur Herstellung von Solarzellen-Emitterzonen unter Verwendung von Silizium-Nanopartikeln und die so erhaltenen Solarzellen werden hier beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details angegeben, wie z. B. spezifische Prozessflussvorgänge, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details durchgeführt werden können. In anderen Fällen werden gut bekannte Herstellungstechniken wie z. B. Lithographie und Musterungstechniken nicht im Detail beschrieben, um die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung nicht unnötig undeutlich zu machen. Außerdem muss davon ausgegangen werden, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele, die in den Figuren gezeigt werden, veranschaulichende Darstellungen sind und nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind.
Es werden hier Verfahren zur Herstellung von Solarzellen offenbart. In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Emittezone einer Solarzelle die Bildung eines Bereiches von dotierten Silizium-Nanopartikeln über einer dielektrischen Schicht, die über einer Oberfläche eines Substrats der Solarzelle angeordnet ist. Eine Siliziumschicht wird auf dem Bereich von dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet Mindestens ein Abschnitt der Siliziumschicht wird mit mindestens einem Abschnitt des Bereichs von dotierten Silizium-Nanopartikeln gemischt, um eine dotierte polykristalline Siliziumschicht zu bilden, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterzone einer Solarzelle die Bildung eines Bereichs von dotierten Silizium-Nanopartikeln über einer dielektrischen Schicht, die über einer hinteren Oberfläche eines Substrats der Solarzelle angeordnet ist. Die hintere Oberfläche liegt gegenüber einer lichtaufnehmenden Oberfläche der Solarzelle. Eine Siliziumschicht ist sowohl auf der lichtaufnehmenden Oberfläche als auch über der hinteren Oberfläche des Substrats gebildet, darin eingeschlossen ein Abschnitt auf dem Bereich von dotierten Silizium-Nanopartikeln und ein Abschnitt auf der dielektrischen Schicht. Der Abschnitt der Siliziumschicht, der auf dem Bereich von dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet ist, ist mit mindestens einem Abschnitt des Bereichs von dotierten Silizium-Nanopartikeln gemischt, um eine dotierte polykristalline Siliziumschicht zu bilden, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Die Siliziumschicht auf der lichtaufnehmenden Oberfläche des Substrats, der Abschnitt des Siliziumschicht auf der dielektrischen Schicht und ein äußerster Bereich der dotierten polykristallinen Siliziumschicht sind oxidiert, um eine Siliziumoxidschicht auf der lichtaufnehmenden Oberfläche und über der hinteren Oberfläche des Substrats zu bilden. Eine Antireflex-Beschichtungsschicht ist auf der Siliziumoxidschicht auf der lichtaufnehmenden Oberfläche und auf der Siliziumoxidschicht über der hinteren Oberfläche des Substrats gebildet.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterzone einer Solarzelle die Bildung eines Bereiches von N-dotierten Silizium-Nanopartikeln und eines Bereiches von P-dotierten Silizium-Nanopartikeln über einer dielektrischen Schicht, die über einer hinteren Oberfläche eines Substrats der Solarzelle angeordnet ist. Die hintere Oberfläche liegt einer lichtaufnehmenden Oberfläche der Solarzelle gegenüber. Der Bereich von N-dotierten Silizium-Nanopartikeln ist benachbart, steht jedoch nicht in Kontakt mit dem Bereich von P-dotierten Silizium-Nanopartikeln. Eine Siliziumschicht ist mindestens über der hinteren Oberfläche des Substrats gebildet, darin eingeschlossen über einem Abschnitt auf den Bereichen von N- und P-dotierten Silizium-Nanopartikeln und einem Abschnitt auf der dielektrischen Schicht. Der Abschnitt der Siliziumschicht, der auf den Bereichen von N- und P-dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet ist, ist mit mindestens einem Abschnitt jedes der Bereiche von N- und P-dotierten Silizium-Nanopartikeln gemischt, um eine N-dotierte polykristalline Siliziumschicht bzw. eine P-dotierte polykristalline Siliziumschicht zu bilden, von denen jede auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist. Der Abschnitt der Siliziumschicht auf der dielektrischen Schicht und der äußerste Bereich jeder der N- und P-dotierten polykristallinen Siliziumschichten sind oxidiert, um eine Siliziumoxidschicht über der hinteren Oberfläche des Substrats zu bilden. Die Siliziumoxidschicht über der hinteren Oberfläche des Substrats ist abgedeckt und geätzt, um einen N-dotierten Polysiliziumbereich und einen P-dotierten polykristallinen Siliziumbereich zu bilden, die durch eine Kerbe getrennt sind, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats gebildet ist, wobei jeder des N-dotierten Polysiliziumbereichs und des P-dotierten polykristallinen Siliziumbereichs einen Abschnitt der Siliziumoxidschicht darauf zurückhält. Eine Antireflex-Beschichtungsschicht ist auf dem N-dotierten Polysiliziumbereich und dem P-dotierten polykristallinen Siliziumbereich und in der Kerbe gebildet.
In einem ersten Gesichtspunkt können, als Überblick, Polysiliziumemitter durch Drucken von dotierten Silizium-Nanopartikeln und die darauf folgende Ablage einer dünnen amorphen Silizium(a-Si)-Schicht durch chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) gebildet werden. Durch Glühen der so erhaltenen Struktur bei hoher Temperatur verdichtet sich der Materialstapel zu einer dotierten Polysiliziumschicht, die als ein Polyemitter für eine Solarzelle verwendet werden kann. In einem Ausführungsbeispiel können einer oder beide der N- und P-Emitter mit den Nanopartikeln erzeugt und direkt auf ein Substrat, wie abgelegt, gemustert werden. Ein derartiger Ansatz kann die Notwendigkeit beseitigen, Dotierstoffe zu treiben, dotierte Bereiche zu mustern oder eine Kerbe zwischen den Emitter zu mustern.
Allgemeiner können Polysilizium-Emitter teuer in der Herstellung sein, da sie oft mehrere zusätzlichen Prozessschritte mit Bezug auf den Prozess zur Herstellung eines Substrat-Emitters erfordern. Zum Beispiel erfordert eine Ablage einer Abdeckung aus Polysilizium und die darauffolgende Ablage von Dotierstofffilmen typischerweise mehrere Ätzvorgänge, um gemusterte dotierte Finger und eine Kerbe zwischen den Emittern herzustellen. Verschiedene zurückliegende Versuche haben darauf abgezielt, die Anzahl der Vorgänge in einem derartigen Prozess zu reduzieren, so z. B. die Verwendung eines Polysiliziums mit einer hohen Lebensdauer, das die Notwendigkeit beseitigen kann, eine Kerbe herzustellen. Inzwischen hat die Verwendung von Tintenstrahl-Dotierstoffen ermöglicht, Dotierstoffe direkt auf eine Polysiliziumschicht zu mustern. Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) durch Lochmaske von dotierten a-Si-Schichten wurde ebenfalls zur Vorgangsreduzierung von Prozessflüssen verwendet. Im Gegensatz zu oder zusammen mit den oben angegebenen Ansätzen umfassen Ausführungsbeispiele, die hier beschrieben werden, die Verwendung von Silizium-Nanopartikeln zur Bildung von Emitterzonen über einem Substrat, wie unten in größeren Einzelheiten beschrieben.
Insbesondere können in einem Ausführungsbeispiel Polysiliziumemitter gebildet werden, indem zuerst ein Tunneloxid auf einer Substratoberfläche gezüchtet und dann sowohl n- als auch p-Silizium-Nanopartikel auf die Tunneloxidschicht gedruckt werden. Eine a-Si-Schicht wird durch LPCVD abgelegt, die die Leerräume zwischen Nanopartikeln ausfüllt. Beim Glühen wird der so erhaltene gemischte Film aus Si-Nanopartikeln und a-Si-Material verdichtet, um zu einer Polysiliziumschicht zu kristallisieren. Der Dotierstoff, der entweder in den Nanopartikeln oder dem LPCVD-basierten a-Si, oder beiden, vorhanden ist, kann durch die gesamte gebildete Polysiliziumschicht diffundieren. Eine dünne Schicht aus Polysilizium kann zurückbleiben, die die gedruckten Nanopartikel-Emitter verbindet. In einem Ausführungsbeispiel kann, wenn diese Schicht problematisch ist, eine Oxidation durchgeführt werden, um das verblebende Polysilizium in einen Oxidfilm umzuwandeln, wobei elektrische Verbindungen zwischen den verschiedenen Emittern entfernt werden. Somit werden, in einem Ausführungsbeispiel, einer oder beide der n- und p-Emitter unter Verwendung von Nanopartikeln hergestellt. Die Fähigkeit, dotierte Nanopartikel zu drucken, kann die Notwendigkeit, Dotierstoff in die Polysiliziumschicht zu treiben, beseitigen, während die Musterung (wie abgelegt) die Notwendigkeit, die Schichten abzudecken und zu ätzen, beseitigen kann. Außerdem kann die Oxidation der dünnen Polysiliziumschicht zwischen den Emittern eine Notwendigkeit, eine Kerbe zwischen den Emittern zu ätzen, beseitigen. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist die verhältnismäßig langsame und gleichförmige Ablage eines a-Si durch LPCVD ein ausgezeichnetes Verfahren, um die Leerräume zwischen den Nanopartikeln zu füllen. Somit kann eine großen Anzahl von Prozessvorgängen in einem Herstellungsprozess, umfassend die Bildung von Emitterzonen über einem Substrat, im Gegensatz zu in einem Substrat, um bis zu 2 bis 8 Prozessvorgänge reduziert werden, wovon Beispiele unten detailliert dargestellt werden.
Als ein Beispiel veranschaulichen 1A–1D Querschnittansichten von verschiedenen Schritten bei der Herstellung einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 1A umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterzone einer Solarzelle die Bildung einer dünnen dielektrischen Schicht 104, z. B. einer Tunneloxidschicht, auf der Oberfläche 102 eines Substrats 100.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 100 ein Bulk-Siliziumsubstrat wie z. B. ein monokristallines N-dotiertes Bulk-Siliziumsubstrat. Es muss jedoch davon ausgegangen werden, dass das Substrat 100 eine Schicht wie z. B. eine polykristalline Siliziumschicht sein kann, die auf einem globalen Solarzellensubstrat abgelegt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die dünne dielektrische Schicht 104 eine Schicht aus Siliziumoxid oder Siliziumdioxid und wird durch den Verbrauch eines Abschnitts eines zugrunde liegenden kristallinen Siliziumsubstrats 100 z. B. durch Wärmeoxidation, chemische Oxidation oder UV-/Ozonoxidation gebildet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die dünne dielektrische Schicht 104 eine Schicht aus Siliziumoxid oder Siliziumdioxid, die durch eine Flüssigoxid-Ablage oder einen anderen geeigneten Ansatz zur Ablage gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf 1B sind die Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln auf der dünnen dielektrischen Schicht 104 gebildet.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln durch Drucken (z. B. Siebdruck, Tintenstrahldruck, Einspritzstrahldruck, Extrusionsdruck oder Aerosolstrahldruck) oder Spin-on-Beschichtung von Bereichen von dotierten Silizium-Nanopartikeln mit einer durchschnittlichen Partikelgröße ungefähr im Bereich von 5–100 Nanometern und ein Porosität ungefähr im Bereich von 10–50% mit mindestens einigen offenen Sporen gebildet. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel werden die dotierten Silizium-Nanopartikel in Anwesenheit eines Trägerlösemittels oder -fluids geliefert, das später verdampft oder abgebrannt werden kann. In einem Ausführungsbeispiel kann, wenn ein Siebdruckprozess verwendet wird, bevorzugt werden, eine flüssige Quelle mit hoher Viskosität für die Lieferung zu verwenden, da die Verwendung einer Flüssigkeit mit niedriger Viskosität zu einem Ausbluten und somit zu einer Auflösungsreduzierung bestimmter Bereiche führen kann.
In einem Ausführungsbeispiel werden sowohl p-dotierte Bereiche (z. B. die Bereiche 106A) als auch n-dotierte Bereiche 106B gebildet. Die Bereiche mit verschiedener Dotierstoffart können zuerst als n-Bereiche und dann als p-Bereiche gebildet werden, zuerst als p-Bereiche und dann als n-Bereiche oder als p-Bereiche und n-Bereiche gleichzeitig, z. B. in einem einzigen Druckvorgang. In einem Ausführungsbeispiel sind die p-Dotierstoffe Fremdatome eines Bor-Dotierstoffes, während die n-Dotierstoffe Fremdatome eines Phosphor-Dotierstoffes sind. In einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Bereiche 106A oder 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln mit einer Dicke ungefähr im Bereich von 0,2–3 Mikrometer gebildet.
Unter Bezugnahme auf 1C ist eine Siliziumschicht 108 auf den Bereichen 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Siliziumschicht 108 eine Schicht aus nicht dotiertem, intrinsischem oder geringfügig dotiertem amorphem Silizium. In einem derartigen Ausführungsbeispiel wird die Siliziumschicht 108 aus Silan (SiH4) in einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungs(LPCVD)-Kammer bei einer Temperatur ungefähr im Bereich von 525–565 Grad Celsius gebildet. In einem Ausführungsbeispiel wird, für den Fall, dass die Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln mindestens einige offene Poren umfassen, mindestens ein Abschnitt der Siliziumschicht 108 in den Bereichen 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet. In einem derartigen Ausführungsbeispiel verschließt die Siliziumschicht 108 eine oder mehrere offene Poren der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln. mit einem Abschnitt der Siliziumschicht 108. In einem spezifischen derartigen Ausführungsbeispiel werden die eine oder die mehreren offenen Poren der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln mit so erhaltenen Winkelkanten geschlossen. In einem Ausführungsbeispiel wird die Siliziumschicht 108 auf einer absoluten Dicke ungefähr im Bereich von 200–2000 Angström gebildet.
Obwohl in einem beschriebenen Beispiel eine LPCVD-basierte a-Si-Schicht verwendet wird, um Leerräume in den Bereichen von Nanopartikeln 106A und 106B zu füllen, können andere Verfahren wie z. B. APCVD oder PECVD angepasst werden, um derartige Leerräume zu füllen. Eine oder beide Arten von Emittern (z. B. n- und/oder p-Emitter) können durch diesen Ansatz hergestellt werden. Dennoch wird, in einem weiteren Ausführungsbeispiel, LPCVD verwendet, um eine dünne Schicht von a-Si oder Poly-Si auf der dünnen dielektrischen Schicht 104 abzulegen. Da die Schicht durch LPCVD abgelegt wird, erfolgt die Ablage auf der gesamten Nanopartikel-Schicht, wobei die Porosität des Films gefüllt wird. Die abgelegte Schicht ist, in einem Ausführungsbeispiel, dünner als die Dicke der Silizium-Nanopartikelschicht und könnte selbst als ein dotierter Film entweder vom p- oder vom n-Typ, abgelegt werden.
Unter Bezugnahme auf 1D wird mindestens ein Abschnitt der Siliziumschicht 108 mit mindestens einem Abschnitt der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln gemischt, um dotierte polykristalline Siliziumbereiche 110A und 110B zu bilden, die auf der dielektrischen Schicht 104 angeordnet sind. In einem Ausführungsbeispiel sind, für den Fall, dass die Bereiche 106A und 106B p- bzw. n-dotiert sind, die polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B p-dotiert bzw. n-dotiert. Eine verbleibende Schicht 112 von nicht reagierten (z. B. nicht gemischten) Abschnitten der Siliziumschicht 108 verbleibt zwischen den dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 110B.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt der Siliziumschicht 108 mit dem Abschnitt der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln gemischt, um die dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B durch Erhitzen des Substrats 100 bei einer Temperatur ungefähr im Bereich von 700–1100 Grad Celsius zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel reduziert die Mischung der Siliziumschicht 108 mit dem Abschnitt der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln, um die dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B zu bilden, eine kombinierte Dicke der Siliziumschicht 108 sind die Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln um eine Menge ungefähr im Bereich von 20–50%. Das heißt, die Dicke jedes der Bereiche 110A oder 110B beträgt ungefähr 20–50% weniger als die kombinierten individuellen Dicken von Schicht 108 und Bereich 106A oder 106B. In einem Ausführungsbeispiel umfasst, für den Fall, dass eine oder mehrere Poren der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln mit so erhaltenen Winkelkanten geschlossen sind, die Mischung des Abschnitts der Siliziumschicht 108 mit dem Abschnitt der Bereiche 106A und 106B von dotierten Silizium-Nanopartikeln, um die dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A bzw. 110B zu bilden, die Modifizierung der geschlossenen Poren mit Winkelkanten, um schließlich zu abgerundeten geschlossenen Poren zu führen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Oberfläche 102 des Substrats 100 eine hintere Oberfläche des Substrats 100, gegenüber einer lichtaufnehmenden Oberfläche des Substrats 100 (gezeigt als Richtung 101 in 1D). In einem derartigen Ausführungsbeispiel werden, in der Folge der Bildung der dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B, Metallkontakte auf den dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 110B hergestellt. Die Metallkontakte können Metallkontakte für eine so erhaltene Solarzelle mit hinterem Kontakt sein. In einem Ausführungsbeispiel sind die Metallkontakte durch Ablagerungs-, lithographische und Ätzverarbeitung gebildet Es muss auch davon ausgegangen werden, dass es eine Vielzahl von Verarbeitungsmöglichkeiten nach der Herstellung der Struktur von 1D und vor der tatsächlichen Herstellung von Metallkontakten auf den dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 110B gibt. Beispiele derartiger Herstellungsmöglichkeiten werden unten in Verbindung mit 2A–2C und 3A–3F beschrieben.
In einem zweiten Gesichtspunkt wird, als Überblick, das allgemeine Schema zur Herstellung von Emitterzonen von 1A–1D zusammen mit einem Prozessfluss auf der Grundlage einer Vorschädigungsätzung eines Wafers mit hoher Lebensdauer verwendet. Als ein Beispiel wird eine Beschädigungsätzung mit einer einseitigen Texturierung einer vorderen Oberfläche eines Substrats kombiniert. Inzwischen wird die Oxidation der hinteren Oberfläche des Substrats durchgeführt, um ein Tunneloxid von hoher Qualität zu erzeugen. Die Oxidation kann z. B. durch chemische Oxidation, UV-/Ozonoxidation oder Flüssigoixid-Ablage durchgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Vorteil dieses Ansatzes die Herstellung eines hydrophilen Oxids auf Oberflächen eines Solarzellen-Wafers, der gegenüber einer hydrophoben Oberfläche bevorzugt werden kann, um Wafer-Oberflächen sauber zu halten. Der Wafer kann dann einem Doppeldruck-Vorgang unterzogen werden, wobei sowohl n- als auch p-Si-Nanopartikel auf der Oberfläche in einem geeigneten Muster abgelegt werden (z. B. als ein Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit 1B beschrieben wird). Die Ablage der Nanopartikel kann z. B. durch einen zweistufigen Siebdrucker, einen Tintenstrahldrucker, einen Extrusionsdrucker oder einen Aerosolstrahldrucker durchgeführt werden.
Anschließend kann der Wafer einfach geschlitzt in einen LPCVD-Ofen geladen werden. Im LPCVD-Ofen wird eine n-leitende a-Si Abscheidung durchgeführt (beispielsweise als eine in Verbindung mit 1C beschriebene Ausführungsform). Wie oben beschrieben, kann die a-Si-Schicht zur vereinfachten Polysiliziumemitter-Bildung zum Füllen der Hohlräume zwischen den Partikeln verwendet werden. Beim Glühen verdichtet sich der Si-Nanopartikel-/a-Si-Stapel und diffundiert, um dotierte Polysiliziumemitterzonen auszubilden. Falls vorhanden, wird eine kleine Menge eines n-Dotiermittels aus der a-Si-Abscheidung im gesamten Bereich der stark dotierten p-Typ-Si-Nanopartikel verdünnt, so dass die Polysiliziumschicht für p-Typ-Nanopartikel ein p-Typ verbleibt. Eine entsprechende dünne n-Typ-Polysiliziumschicht auf der vorderen Oberfläche kann verwendet werden, um als eine Passivierungsschicht für die vordere Oberfläche zu wirken. Weiterhin, wenn die dünne Polysiliziumschicht zwischen den Emittern (z. B. verbleibenden Teilen 112 der 1D) aufgrund der Verbindung mit dem p-Polyemitterkontakt wesentlichen Verlust erlaubt, kann ein Oxidationsvorgang einbezogen werden, um die Dicke dieses dünnen Polyschicht zu reduzieren. Ein Oxidationsvorgang kann ebenso auf der dünnen Polysiliziumschicht verwendet werden, wenn aufgrund der Polydicke ein Verlust der Übertragung auf der vorderen Oberfläche auftritt. Nach dem Glühen kann die Struktur mit einer Antireflexbeschichtung und Feuchtigkeitssperre, beispielsweise LPCVD-Siliziumnitrid, abgekappt werden.
Als Beispiel veranschaulichen 2A–2C Querschnittsansichten verschiedener Stufen in der Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 2A beginnt ein Prozessablauf im wesentlichen mit der Struktur von 1D mit einigen aufgezeigten Unterschieden. Die dotierten polykristallinen Siliziumzonen 110A und 110B, die auf einer dielektrischen Schicht 104 angeordnet sind, welche auf einer Oberfläche 102 eines Substrats 100 angeordnet ist, sind derart, wie in Verbindung mit 1A bis 1D beschrieben ist. Weiterhin verbleiben Abschnitte 112 der Siliziumschicht 108 von dem oben beschriebenen Emitterzonen-Herstellungsvorgang. In einer Ausführungsform werden die polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B p-Typ- und n-Typ-dotiert.
Jedoch wird in einer Ausführungsform zwischen den Vorgängen der 1A und 1B die vordere Oberfläche 101 des Substrats texturiert, um eine texturierte Oberfläche 220 bereitzustellen, beispielsweise als eine texturierte Lichtempfangsfläche einer Rückkontakt-Solarzelle. Eine texturierte Oberfläche kann eine Oberfläche sein, die eine regelmäßig oder unregelmäßig geformte Oberfläche zur Streuung von einfallendem Licht aufweist, welche die Menge des von der Lichtempfangsfläche der Solarzelle reflektierten Lichts verringert. In einer Ausführungsform wird die texturierte Oberfläche durch Ätzen in einem nassen Ätzverfahren hergestellt, wie beispielsweise in einer alkalischen Ätzung auf der Basis von Kaliumhydroxid. In einer Ausführungsform schützt die dünne dielektrische Schicht die Rückseite 102 des Substrats 100 während des Ätzens. In einer anderen Ausführungsform wird jedoch die vordere Oberfläche unter Verwendung eines einseitigen Texturierungsverfahrens oder einer Vorrichtung texturiert.
Zusätzlich wird eine Schicht aus Silizium 222 auf der texturierten Oberfläche 220 ausgebildet. Die Schicht aus Silizium 222 kann in demselben Verfahrensschritt wie die Herstellung der Schicht 108 hergestellt werden, wobei die Zusammensetzungen und das Verfahren zur Herstellung wie oben beschrieben sind. Somit wird, ebenfalls unter Bezugnahme auf 2A, eine Schicht aus Silizium auf sowohl der Lichtempfangsoberfläche 220 (z. B. als Schicht 222) und auf einem Teil der dünnen dielektrischen Schicht 104 zwischen den polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 110B angeordnet.
Unter Bezugnahme auf 2b werden die Siliziumschicht 222 auf der Lichtempfangsoberfläche 220 des Substrats 100, der Abschnitt 112 der Siliziumschicht 108 auf der dielektrischen Schicht 104 und ein äußerster Bereich der dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B oxidiert, um eine erste Siliziumoxidschicht 224 (welche Siliziumdioxid sein kann) auf der Lichtempfangsoberfläche 220 und eine zweite Siliziumoxidschicht 226 (welche Siliziumdioxid sein kann) über der Rückfläche 102 des Substrats 100 zu bilden. In einer Ausführungsform werden die Siliziumoxidschichten 224 und 226 durch Erwärmen des Substrats 100 in der Gegenwart von Sauerstoff (O₂), Wasserdampf (H₂O) oder Distickstoffoxid (N₂O) in einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungskammer (LPCVD-Kammer) gebildet.
Als Alternative kann das Verfahren aus 2B entfallen oder auf teilweise Oxidation beschränkt werden, beispielsweise ausreichend, um die aus Regionen 110A und 110B gebildeten Emittern zu isolieren. Das heißt, dass die Oxidation der dünnen Polysiliziumschicht zwischen den Emittern nicht notwendigerweise vollständig muss. Eine dünne Schicht aus Polysilizium könnte stattdessen epitaxisch auf dem Einkristallsubstrat aufgebaut werden oder kann resistiv genug sein, so dass ein seitlicher Transport durch die dünne Schicht kein dominantes Rekombinationsverfahren ist. Die Schicht könnte auch teilweise oxidiert werden, um die Leitfähigkeit auf ein annehmbares Niveau zu senken. Wenn eine dotierte a-Si-Schicht durch LPCVD abgeschieden wird, könnte die dotierte Polysiliziumschicht als Passivierungsschicht für die vordere Oberfläche und den Bereich auf der Rückfläche zwischen den Emittern wirken. Als Alternative kann, wenn zwei Emitter nicht elektrisch isoliert sind, die verbleibende dünne Polysiliziumschicht durch ein Oxidations- und/oder Ätzungsverfahren entfernt werden. Unter Bezugnahme auf 2C, wird eine Antireflexbeschichtung 228 auf der Siliziumoxidschicht 224 auf der Lichtaufnahmeoberfläche 220 und auf der Siliziumoxidschicht 226 über der Rückfläche 102 des Substrats 100 gebildet. In einer Ausführungsform ist die Antireflexbeschichtung 228 eine Siliziumnitridschicht, die in einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungskammer (LPCVD-Kammer) gebildet wird. In einer Ausführungsform können die Bildung von Siliziumschichten 108 (und daher der Reste 112) und 222, die Oxidation von Resten 112 und Schicht 222 und die Bildung der Antireflexbeschichtung 228 alle in einer einzigen LPCVD-Vorrichtung, beispielsweise in einem Durchgang in einer Kammer der LPCVD-Vorrichtung, durchgeführt werden. In einer Ausführungsform (nicht gezeigt) wird ein Metallkontakt anschließend an dem dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 110B ausgebildet, wie oben beschrieben.
In einem dritten Aspekt wird als Überblick ein n-Typ-Wafer hoher Lebensdauer einem Damage-Ätzverfahren unterzogen, wobei aber das Ätzen mit einem Oxidaufzug/einer Oxidabscheidung auf der Rückseite (und möglicherweise auf der Vorderseite) des Wafers endet. Die Oxidation kann unter anderem eine chemische Oxidation, UV-/Ozon-Oxidation oder Flüssigoxidabscheidung sein. Die resultierende hydrophile Oxidoberfläche/resultierenden hydrophilen Oxidoberflächen kann/können verwendet werden, um die Verunreinigung des Wafers zu verringern, beispielsweise relativ zu einer hydrophoben Oberfläche. Anschließend an die Oxidabscheidung wird der Wafer einem Druckverfahren unterzogen, wobei sowohl die p-Typ- als auch die n-Typ-Nanopartikel in einer Emittermuster auf der Rückfläche der Zelle abgeschieden werden. Die Si-Nanopartikel können unter anderem durch einen Doppelsiebdrucker, einen Tintenstrahldrucker, einen Extrusionsdrucker oder einen Aerosol-Jet-Drucker abgeschieden werden Der Wafer wird dann zur Abscheidung einer dünnen a-Si-Schicht in einen LPCVD-Ofen geladen. Die a-Si-Schicht wird verwendet, um die Hohlräume zwischen den Nanopartikeln zu füllen, wie oben beschrieben. Anschließend an die Si-Abscheidung wird der Wafer einem Hochtemperaturglühen unterzogen, um die Si-Nanopartikel und a-Si-Filmstapel in eine Polysilizium-Schicht zu verdichten und um die Diffusion und elektrische Aktivierung der Dotiermittel in den Polysiliziumschichten zu ermöglichen. Nach der Verdichtung kann ein Oxidationsschritt durchgeführt werden, um eine thermische Oxidschicht auf der Oberfläche des Wafers aufzubauen. Die Oxidation kann unter Verwendung von nasser oder trockener Oxidation oder mit Hilfe eines Niedertemperatur-Oxidationsmittel durchgeführt werden. Der Wafer kann mit dem intakten Oxid aus dem LPCVD-Ofen entnommen werden und einem Grabenmaskierungs-Verfahren unterworfen werden. Anschließend an die Grabenmaskierung kann der Wafer einer Grabenätzung (TOXE) und randomisierte Texturierung (Rantex) unterworfen werden, welches die vorderen Oberflächen texturiert und jegliches verbleibende dünne Polysilizium zwischen den Emittern entfernt. Weitere Emitter-Herstellungsverfahren können im Anschluss an die Grabenbildungs- und Rantex-Verfahren durchgeführt werden.
Als Beispiel veranschaulichen 3A–3F Querschnittsansichten verschiedener Stufen in der Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf 3A beginnt ein Prozessablauf im wesentlichen mit der Struktur von 1D mit einigen aufgezeigten Unterschieden. Die dotierten polykristallinen Siliziumzonen 110A und 110B, die auf einer dielektrischen Schicht 104 angeordnet sind, welche auf einer Oberfläche 102 eines Substrats 100 angeordnet ist, sind wie in Verbindung mit 1A bis 1D beschrieben ist. Weiterhin verbleiben Abschnitte 112 der Siliziumschicht 108 von dem oben beschriebenen Emitterzonen-Herstellungsvorgang. In einer Ausführungsform werden die polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B p-Typ- und n-Typ-dotiert.
Jedoch wird in einer Ausführungsform eine Schicht aus Silizium 322 auf der vorderen Oberfläche 101 des Substrats 100 gebildet. Die Schicht aus Silizium 322 kann in demselben Verfahrensschritt wie die Herstellung der Schicht 108 hergestellt werden, wobei die Zusammensetzungen und das Verfahren zur Herstellung wie oben beschrieben sind. Somit wird, ebenfalls unter Bezugnahme auf 2A, eine Schicht aus Silizium auf sowohl der Lichtempfangsoberfläche 101 (z. B. als Schicht 322) und auf einem Teil der dünnen dielektrischen Schicht 104 zwischen den polykristallinen Siliziumbereichen 110A und 112B angeordnet (z. B. als Restteile 112 der Schicht 108).
Unter Bezugnahme auf 3b werden die Siliziumschicht 322 auf der Lichtempfangsoberfläche 101 des Substrats 100, der Abschnitt 112 der Siliziumschicht 108 auf der dielektrischen Schicht 104 und ein äußerster Bereich der dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B oxidiert, um eine erste Siliziumoxidschicht 324 (welche Siliziumdioxid sein kann) auf der Lichtempfangsoberfläche 101 und eine zweite Siliziumoxidschicht 326 (welche Siliziumdioxid sein kann) über der Rückfläche 102 des Substrats 100 zu bilden. In einer Ausführungsform werden die Siliziumoxidschichten 324 und 326 durch Erwärmen des Substrats 100 in der Gegenwart von Sauerstoff (O₂), Wasserdampf (H₂O) oder Distickstoffoxid (N₂O) in einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungskammer (LPCVD-Kammer) gebildet.
Bezugnehmend auf 3C wird eine Maskenschicht 330 über Bereichen der zweiten Siliziumoxidschicht 326 ausgebildet, insbesondere oberhalb jener Regionen, die die polykristallinen Siliziumbereiche 110A und 110B abdecken. In einer Ausführungsform wird die Maskenschicht 330 direkt gedruckt, um ein Muster zu aufzuweisen. In einer anderen Ausführungsform wird eine Resistschicht Lithographie und Entwicklung unterzogen, um die Maskenschicht 330 mit einem Muster bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf 3D wird die Struktur von 3C einem Ätzverfahren unterworfen, um die Siliziumoxidschicht 326 zu ätzen und um N-Typ-dotierte Polysiliziumemitterbereiche 340B und P-Typ-dotierte polykristalline Siliziumemitterbereiche 340A bereitzustellen, welche durch Gräben 342 getrennt sind, die in der Rückfläche 102 des Substrats 100 ausgebildet sind. In einem Ausführungsbeispiel wird die dünne dielektrische Schicht 104 während des Ätzverfahrens ebenso strukturiert, wie in 3D dargestellt. Ferner halten in einer Ausführungsform jeder der N-Typ-dotierten Polysiliziumbereiche 340B und der p-Typ-dotierten polykristallinen Siliziumbereiche 340A einen Teil der Siliziumoxidschicht 326 darauf bei, wie ebenso in 3D dargestellt ist.
Unter erneutem Bezug auf 3D sind die freiliegenden Oberflächen 101 und 102 des Substrats 100 texturiert. Eine texturierte Oberfläche kann eine Oberfläche sein, die eine regelmäßig oder unregelmäßig geformte Oberfläche zur Streuung von einfallendem Licht aufweist, welche die Menge des von der Lichtempfangsfläche der Solarzelle reflektierten Lichts verringert. In einer Ausführungsform wird die texturierte Oberfläche durch Ätzen in einem nassen Ätzverfahren hergestellt, wie beispielsweise in einer alkalischen Ätzung auf der Basis von Kaliumhydroxid. In Bezug auf die texturierten Bereiche am Boden der Gräben 342 kann die Position dieser Texturierung ein Artefakt der Verfahrensschritte sein, die während des Texturierungsverfahren der vorderen Oberfläche 101 (d. h. der Lichtempfangsfläche) verwendet werden. Es ist zu verstehen, dass, falls erforderlich, die verbleibenden Abschnitte der Oxidschicht 326 nach dem Texturieren entfernt werden können.
Mit Bezug auf 3E werden in einer Ausführungsform im Anschluss an das Maskieren und Ätzen der Siliziumoxidschicht 326 N-Dotiermittel in die freiliegenden Abschnitte des Substrats 100 diffundiert oder implantiert, beispielsweise um Bereiche 350 mit höherer Konzentration von n-Typ-Dotiermitteln in dem Substrat 100 zu bilden. In einer solchen Ausführungsform sind die N-Typ-Dotierungsmittel Phosphor-Verunreinigungsatome.
Unter Bezugnahme auf 3F wird eine Antireflexbeschichtung 360 auf den n-Typ-dotierten Polysiliziumbereichen 340B und den p-Typ-dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 340B, in den Gräben 342 und auf die vordere Oberfläche 101 des Substrats 100 ausgebildet. In einer Ausführungsform ist die Antireflexbeschichtung 360 eine Siliziumnitridschicht, die in einer chemischen Niederdruck-Gasphasenabscheidungskammer (LPCVD-Kammer) gebildet wird. In einer Ausführungsform können die Bildung von Siliziumschichten 108 (und daher der Reste 112) und 322, die Oxidation von Resten 112 und Schicht 322 und die Bildung der Antireflexbeschichtung 360 alle in einer einzigen LPCVD-Vorrichtung, beispielsweise in einem Durchgang in einer Kammer der LPCVD-Vorrichtung, durchgeführt werden In einer anderen Ausführungsform wird jedoch die Passivierung unter Verwendung einer auf plasmaverstärkten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) basierten Siliziumnitrid-(SiNx-)Schicht erreicht. In einer Ausführungsform (nicht gezeigt), wird eine Metallkontakt anschließend an den N-Typ-dotierten Polysiliziumbereichen 340B und den p-Typ-dotierten polykristallinen Siliziumbereichen 340A gebildet.
In einem anderen Aspekt wurde entdeckt, dass die Verwendung eines ”Stitching”-Netzwerks in gedruckten Si-Nanopartikeln einen Weg für die Festkörperdiffusion bietet und unter bestimmten Umständen das Verdichten der Folie bewirkt. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Netzwerks bereitgestellt und kann bedeutenden Kosteneinsparungen bei der Verwendung von Si-Nanopartikeln sowohl für Polysilizium und Substrat-basierten Emitterzonen-Prozessabläufe erzielen. Genauer gesagt wird chemische Dampfphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (APCVD) verwendet wird, um Filme auf Bereichen der Silizium-Nanokristalle abzuscheiden. APCVD kann eine kostengünstiger Ansatz sein, der bei Atmosphärendruck und niedrigen Temperaturen, beispielsweise weniger als 500 Grad Celsius, durchgeführt wird. Es ist zu verstehen, dass, obwohl eine reine Si-Schicht im Allgemeinen nicht mit APCVD abgeschieden wird, da das Vorstufenmolekül Silan leicht mit Sauerstoff in der Luft reagiert, um SiO₂ zu bilden, Si mit extrem niedrigen Sauerstoffgehalt unter Umständen nicht erforderlich ist, um Polysilizium hoher Lebensdauer für die oben beschriebenen Stitching-Schicht zu erhalten. Die weniger strengen Anforderungen an Reinheit des auf Bereichen der Nanokristalle gebildet Schicht ergeben sich, da ein Großteil des Si sich bereits auf der auf der Oberfläche abgeschieden Nanopartikelschicht befindet. Als Folge wird in einer Ausführungsform APCVD verwendet, um mit einigen geringfügigen Änderungen in der Vorrichtung einen Netzwerkfilm in den Si-Nanopartikeln zu erstellen, die die Vorrichtung von der Atmosphäre ”absiegeln” und den internen Sauerstoffgehalt der Vorrichtung während des Abscheidungsvorgangs verringern. Solche Änderungen können in einer Ausführungsform die Änderung des CDA-Vorhangs in einen ein N₂-Vorhang umfassen. Dies kann in der APCVD-Vorrichtung durch einfaches Ändern des Eingangsgas von CDA zu N₂ geschehen. Der Hersteller schätzt, dass dies Si mit einem O₂-Niveau in der Größenordnung von ppm erstellen würde.. Ein geringer O₂-Gehalt in dem Stitching-Netzwerk ist in einer alternativen Ausführungsform jedoch viel weniger kritisch aufgrund der Tatsache, dass nur ein Stitching-Netzwerk erforderlich ist, so dass die Si-Partikel als Dotierungsquelle für das Substrat wirken.
Insgesamt, obwohl bestimmte Materialien oben beschrieben ausdrücklich beschrieben wurden, können einige Materialien einfach durch andere ersetzt werden, ohne dass solche andere Ausführungsformen vom Sinn und Umfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abweichen. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform eine anderes Materialsubstrat, wie beispielsweise ein Materialsubstrat der Gruppe III–V, anstelle eines Siliziumsubstrats verwendet werden. Somit wurden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen-Emitterzonen unter Verwendung von Silizium-Nanopartikeln und die erhaltenen Solarzellen offenbart. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Emitterzone einer Solarzelle das Bilden eines Bereichs aus dotierten Silizium-Nanopartikeln über einer dielektrischen Schicht, die über einer Oberfläche eines Substrats der Solarzelle angeordnet ist. Eine Schicht aus Silizium wird auf dem Bereich aus dotierten Silizium-Nanopartikeln gebildet. Zumindest ein Teil der Schicht aus Silizium wird mit zumindest einem Teil des Bereichs der dotierten Silizium-Nanopartikel gemischt, um eine dotierte polykristalline Siliziumschicht zu bilden, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Bilden einer Region der N-Typ-dotierten Silizium-Nanopartikel über der dielektrischen Schicht, angrenzend an den, aber nicht in Kontakt mit dem Bereich der P-Typ-dotierten Silizium-Nanopartikel. Die Schicht aus Silizium wird auf dem Bereich der N-Typ-dotierten Silizium-Nanopartikel gebildet. Zumindest ein Teil der Schicht aus Silizium wird mit zumindest einem Teil der Region der N-Typ-dotierten Silizium-Nanopartikel gemischt, um eine N-Typ-dotierte polykristalline Siliziumschicht zu bilden, die auf der dielektrischen Schicht angeordnet ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Emitterzone einer Solarzelle, wobei das Verfahren beinhaltet: Bilden einer Region von dotierten Silizium Nano-Teilchen über einer dielektrischen Schicht, welche ihrerseits über einer Oberfläche aus einem Substrat der Solarzelle angeordnet ist; bei Bildung einer Schicht von Silizium in der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen; und; und Mischen von mindestens einem Teil der Schicht aus Silizium mit mindestens einem Teil der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen, um eine dotierte Polycrystalline Silizium Schicht zu bilden, welche an der dielektrischen Schicht angeordnet ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Bildung der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen aus Druck- oder Spin-on-Beschichtung besteht, wobei eine Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von ungefähr 5–100 Nanometern und einer Porosität vonungefähr 10–50% besitzt, mit mindestens einigen offenen Poren.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Bildung der Siliziumschichten die Bildung einer Schicht aus un-dotierten, intrinsischen oder leicht dotierten amorphen Silizium beinhaltet, welches aus Silan (SiH₄) in einer Niedrigdruck Abscheidungskammer mit chemischem Dampf (LPCVD) bei einer Temperatur von ungefähr 525–565 Grad Celsius gewonnen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Bilden der Schicht aus Silizium aus der Bildung einer Portion der Siliziumschicht in der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen besteht, sowie aus dem Schließen ein oder mehrerer offenen Poren in der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen mit einer Portion der Siliziumschicht.
Verfahren nach Patentanspruch 4, wobei das Schließen von ein oder mehreren offenen Poren in der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen mit der Portion der Siliziumschicht aus der Bildung von geschlossenen Poren besteht, welche Eckkanten besitzen, und worin das Mischen der Siliziumschicht Portion mit der Portion der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen zur Bildung einer dotierten polycrystallinen Siliziumschicht daraus besteht, die geschlossenen Poren mit Eckkanten zu verändern, so dass diese abgerundete, geschlossene Poren bilden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Mischen der Siliziumschicht Portion mit der Portion der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen zur Bildung einer dotierten polycrystallinen Siliziumschicht daraus besteht, das Substrat auf eine Temperatur von ungefähr 700–1100 Grad Celsius zu erhitzen.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Mischen der Portion der Siliziumschicht, hierbei durch Mischung der Portion der Siliziumschicht mit der Portion der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen, um die dotierte polycrystallinen Siliziumschicht zu bilden, daraus besteht, eine kombinierte Dicke der Siliziumschicht und die Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen um eine ungefähre Menge von 20–50% reduziert wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Bereich der dotierten Silizium Nano-Teilchen mit einer Dicke ungefähr im Bereich von 0,2–3 Mikrometer gebildet ist und die Siliziumschicht in einer absoluten Dicke ungefähr im Bereich von 200–2000 Angström gebildet ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die dotierten Silizium Nano-Teilchen alle P-Typ dotierte Silizium Nano-Teilchen sind, und die dotierte polycristalline Siliziumschicht ist eine P-Typ dotierte polycrystalline Siliziumschicht.
Verfahren nach Patentanspruch 9, besteht desweiterem aus: der Bildung einer Region von N-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen über der dielektrischen Schicht, in der Nähe, jedoch nicht in Kontakt mit der Region den P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen; der Bildung der Siliziumschicht auf der Region der N-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen; sowie der Mischung von mindestens einer Portion der Siliziumschicht mit mindestens einer Portion der Region der N-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen, zur Bildung einer N-Typ dotierten polycristallinen Siliziumschicht, welche auf der dielektrischen Schicht angebracht ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die dotierten Silizium Nano-Teilchen alle N-Typ dotierte Silizium Nano-Teilchen sind, und die dotierte polycristalline Siliziumschicht eine N-Typ dotierte polycrystalline Siliziumschicht ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die dielektrische Schicht im Substrat hergestellt wird, und eine tunnel-dielektrische Schicht für die Emitterzone ist.
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats eine Rückoberseite des Substrats ist, auf der gegenüberliegenden Seite einer Lichtempfangsfläche des Substrats, die Methode besteht desweiteren aus: der Bildung eines Metallkontakts auf der dotierten polycrystallinen Siliziumschicht.
Verfahren der Bildung einer Emitterzone einer Solarzelle, wobei das Verfahren besteht aus: der Bildung einer Region aus dotierten Silizium Nano-Teilchen über einer dielektrischen Schicht, welche über einer Rückoberseite eines Substrats der Solarzelle angebracht ist, wobei die Rückoberseite gegenüber einer Lichtempfangsfläche der Solarzelle ist; der Bildung einer Siliziumschicht auf beiden Lichtempfangsflächen und über der Rückoberseite des Substrats, einschließlich einer Portion der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen, sowie einer Portion auf der dielektrischen Schicht; der Mischung des Teils der Siliziumschicht, das in der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen mit mindestens einem Teil der Region der dotierten Silizium Nano-Teilchen gebildet wurde, um eine dotierte polycristalline Siliziumschicht zu bilden, welche auf der dielektrischen Schicht angebracht ist; die Oxidierung der Siliziumschicht auf der Lichtempfangsfläche des Substrats, der Portion der Siliziumschicht auf der dielektrischen Schicht, sowie einer äußersten Region der dotierten polycristallinen Siliziumschicht, zur Bildung einer Siliziumoxidschicht auf der Lichtempfangsfläche und über der Rückoberseite des Substrats; und der Bildung einer anti-reflektiven Beschichtung auf der Siliziumoxidschicht auf der Lichtempfangsfläche und auf der Siliziumoxidschicht über der Rückoberseite des Substrats.
Verfahren nach Patentanspruch 14, wobei die Bildung der Siliziumoxidschicht auf der Lichtempfangsfläche und über der Rückoberseite des Substrats daraus besteht, das Substrats in der Präsenz von Sauerstoff (O₂), Wasserdampf (H₂), oder Stickstoffoxid (N₂O) in einer Niedrigdruck Abscheidungskammer mit chemischem Dampf (LPCVD) zu erhitzen.
Verfahren nach Patentanspruch 14, wobei die Bildung einer anti-reflektiven Beschichtung auf der Siliziumoxidschicht darin besteht, eine Siliziumnitridschicht in einer Niedrigdruck Abscheidungskammer mit chemischem Dampf (LPCVD) zu bilden.
Verfahren nach Patentanspruch 14, besteht desweiteren aus: Der Bildung eines Metallkontakts mit der dotierten polycrystallinen Siliziumschicht.
Ein Verfahren der Herstellung einer Emitterzone der Solarzelle, wobei das Verfahren besteht aus: Der Bildung einer Region von N-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen und einer Region von P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen über einer dielektrischen Schicht, welche über der Rückoberseite eines Substrats der Solarzelle angebracht ist, der Rückseite gegenüber einer Lichtempfangsfläche der Solarzelle und der Region der N-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen, welche in der Nähe, jedoch nicht in Kontakt mit der Region der P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen sind; Der Bildung einer Siliziumschicht zumindest auf der Rückoberseite des Substrats, einschließlich einer Portion der Regionen der N-Typ und P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen und einer Portion der dielektrischen Schicht; Der Mischung des Teils der Siliziumschicht, welches auf den Regionen der N-Typ und P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen mit mindestens einer Portion von jeder der Regionen von N-Typ und P-Typ dotierten Silizium Nano-Teilchen gebildet wurde, um eine N-Typ dotierte polycristalline Siliziumschicht und eine P-Typ dotierte polycrystalline Siliziumschicht zu bilden, von denen jede einzelne respektiv auf der dielektrischen Schicht angebracht ist; Der Oxidierung der Portion der Siliziumschicht auf der dielektrischen Schicht, und einer äußersten Region jeder der N-Typ und P-Typ dotierten polycrystallinen Siliziumschichten, um eine Siliziumoxidschicht über der Rückoberseite des Substrats zu bilden; Der Maskierung und Ätzung der Siliziumoxidschicht über der Rückoberseite des Substrats, um eine N-Typ dotierte Polysiliziumregion und eine P-Typ dotierte polycrystalline Siliziumregion zu bieten, welche durch einen Graben auf der Rückoberseite des Substrats voneinander abgetrennt sind, jede der N-Typ dotierten Polysilisiumregionen und der P-Typ dotierten polycrystallinen Siliziumregionen behalten eine Portion der Siliziumoxidschicht darauf; und Der Bildung einer anti-reflektiven Beschichtung auf der N-Typ dotierten Polysiliziumregion und der P-Typ dotierten polycrystallinen Siliziumregion und im Graben.
Verfahren nach Patentanspruch 18, besteht desweiteren aus: Vor Bildung der anti-reflektiven Beschichtung, die Texturierung der Lichtempfangsfläche.
Verfahren nach Patentanspruch 18, besteht desweiteren aus: Direkt nach Maskierung und Ätzung der Siliziumoxidschicht und vor Bildung der anti-reflektiven Beschichtung, die Diffusion einer N-Typ Dotiersubstanz in das Substrat.