DE112015004071T5 - Verbesserter frontkontakt-heteroübergang-prozess - Google Patents

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David D. Smith
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Abstract

Es werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung verbesserter Frontkontakt-Heteroübergang-Prozesse und die sich ergebenden Solarzellen beschrieben. Bei einem Beispiel schließt eine Solarzelle ein Substrat ein, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Auf der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche ist eine dielektrische Tunnelschicht angeordnet. Auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs ist eine transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein erster Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 5. September 2014 eingereichten US-amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung (U.S. Provisional Application) Nr. 62/046,717, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liegen auf dem Gebiet erneuerbarer Energie und insbesondere auf dem Gebiet von Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung verbesserter Frontkontakt-Heteroübergang-Prozesse, sowie der sich ergebenden Solarzellen.
  • HINTERGRUND
  • Photovoltaische Zellen, die gemeinhin als Solarzellen bekannt sind, sind allgemein bekannte Vorrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Allgemein werden Solarzellen auf einem Halbleiterwafer oder Substrat unter Verwendung von Halbleiterbearbeitungstechniken hergestellt, um einen p-n-Übergang nahe einer Oberfläche des Substrats auszubilden. Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats auftrifft und in sie eindringt, erzeugt Elektron-Loch-Paare im Volumen des Substrats. Die Elektron-Loch-Paare wandern in p- und n-dotierte Regionen im Substrat, wodurch sie eine Spannungsdifferenz zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die dotierten Regionen sind mit leitfähigen Regionen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle zu einem damit gekoppelten externen Stromkreis zu leiten.
  • Effizienz ist eine wichtige Eigenschaft einer Solarzelle, da sie in direkter Beziehung zur Fähigkeit der Solarzelle steht, Energie zu erzeugen. Gleichermaßen steht die Effizienz beim Produzieren von Solarzellen in direkter Beziehung zur Kosteneffizienz solcher Solarzellen. Entsprechend sind Techniken zum Erhöhen der Effizienz von Solarzellen oder Techniken zum Erhöhen der Effizienz bei der Herstellung von Solarzellen allgemein wünschenswert. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erlauben eine erhöhte Effizienz der Solarzellenherstellung, indem neuartige Verfahren zum Herstellen von Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erlauben eine erhöhte Solarzelleneffizienz, indem neuartige Solarzellstrukturen bereitgestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1–6 zeigen Querschnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie folgt:
  • 1 veranschaulicht ein bereitgestelltes Substrat;
  • 2 veranschaulicht die Struktur von 1 nach Texturieren der Lichtempfangsflächen;
  • 3 veranschaulicht die Struktur von 2, mit einer darauf gebildeten dielektrischen Tunnelschicht;
  • 4 veranschaulicht die Struktur von 3 nach Bildung der ersten und zweiten Siliciumschicht;
  • 5 veranschaulicht die Struktur von 4 nach einer Hochtemperatur-Temperung und Abscheidung einer TCO-Schicht; und
  • 6 veranschaulicht die Struktur von 5, mit darauf gebildeten leitfähigen Kontakten.
  • 7 ist ein Ablaufplan mit einer Auflistung von Arbeitsschritten in einem den 1–6 entsprechenden Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und soll nicht die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen solcher Ausführungsformen einschränken. Das Wort „beispielhaft”, wie hierin verwendet, bedeutet „als ein Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend”. Alle Implementierungen, die hierin als beispielhaft beschrieben werden, sind nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen anzusehen. Des Weiteren besteht keine Absicht, durch eine im vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegte, ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein.
  • Diese Patentschrift schließt Bezugnahmen auf „eine bestimmte Ausführungsform” oder „eine Ausführungsform” ein. Das Auftreten der Ausdrücke „in einer bestimmten Ausführungsform” oder „in einer Ausführungsform” bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Bestimmte Merkmale, Strukturen oder Charakteristika können auf jegliche geeignete Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang ist.
  • Terminologie. Die folgenden Absätze stellen Definitionen und/oder Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung (einschließlich der beigefügten Patentansprüche) zu finden sind:
    „Umfassen”/„umfassend”. Dieser Begriff ist erweiterbar. Wie in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt dieser Begriff eine zusätzliche Struktur oder zusätzliche Schritte nicht aus.
  • „So gestaltet, dass”/„gestaltet, um zu”. Verschiedene Einheiten oder Komponenten können so beschrieben oder beansprucht sein, dass sie „so gestaltet sind, dass” sie eine Aufgabe oder Aufgaben erfüllen. In solchen Kontexten wird „so gestaltet, dass” bzw. „gestaltet, um zu” verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur einschließen, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Von der Einheit/Komponente als solcher kann gesagt werden, dass sie gestaltet ist, um die Aufgabe durchzuführen, auch wenn die spezifizierte Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit (d. h. nicht eingeschaltet/aktiv) ist. Das Erwähnen, dass eine Einheit/ein Stromkreis/eine Komponente „gestaltet ist, um” eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, ist ausdrücklich so gedacht, dass sie sich für diese Einheit/diese Komponente nicht auf 35 U.S.C. § 112, Absatz sechs beruft.
  • „Erste”, „zweite” usw. Wie hierin verwendet, werden diese Begriffe als Bezeichnungen für Substantive genutzt, denen sie vorangehen, und implizieren keine wie auch immer geartete Art einer Ordnung (z. B. räumlich, zeitlich, logisch usw.). Zum Beispiel impliziert eine Bezugnahme auf eine „erste” Solarzelle nicht notwendigerweise, dass diese Solarzelle die erste Solarzelle in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erste” dazu verwendet, diese Solarzelle von einer anderen Solarzelle (z. B. von einer „zweiten” Solarzelle) zu unterscheiden.
  • „Gekoppelt” – Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „gekoppelt”, solange nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
  • Zusätzlich kann bestimmte Terminologie in der folgenden Beschreibung auch allein zum Zwecke der Bezugnahme verwendet werden und soll somit nicht einschränkend sein. Zum Beispiel beziehen sich Begriffe wie „oberer/obere/oberes”, „unterer/untere/unteres”, „oberhalb/über” und „unterhalb/unter” auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorn”, „hinten”, „rückseitig”, „seitlich”, „extern” und „intern” beschreiben die Ausrichtung und/oder die Lage von Abschnitten der Komponente in einem konsistenten, jedoch beliebigen Bezugsrahmen an, was durch Bezugnahme auf den Text und die zugehörigen Zeichnungen klar gemacht wird, welche die erörterte Komponente beschreiben. Eine solche Terminologie kann die vorstehend speziell erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung einschließen.
  • „Hemmen” – Im hiesigen Sinne wird „hemmen” zur Bezeichnung eines Verringerungs- oder Minimierungseffekts verwendet. Wenn eine Baugruppe oder ein Bestandteil als einen Vorgang, eine Bewegung oder einen Zustand hemmend beschrieben wird, kann die Baugruppe bzw. der Bestandteil das Ergebnis bzw. die Wirkung oder die zukünftige Beschaffenheit vollständig unterbinden. Ferner kann „hemmen” auch eine Reduzierung oder Abschwächung der Wirkung, Leistung und/oder des Effekts, der ansonsten auftreten könnte, bezeichnen. Entsprechend muss, wenn eine Baugruppe, ein Element oder ein Bestandteil als ein Ergebnis oder eine Beschaffenheit hemmend bezeichnet wird, die Baugruppe, das Element oder der Bestandteil das Ergebnis bzw. die Beschaffenheit nicht in vollständigem Umfang verhindern oder eliminieren.
  • Vorliegend werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung verbesserter Frontkontakt-Heteroübergang-Prozesse und die sich ergebenden Solarzellen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise spezifische Verfahrensablaufschritte, um ein umfassendes Verstehen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird für den Fachmann ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Herstellungstechniken, wie beispielsweise Lithographie- und Strukturierungstechniken, nicht im Detail beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Des Weiteren versteht es sich, dass die verschiedenen, in den Figuren gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Darstellungen und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • Hierin werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen offenbart. Bei einer bestimmten Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle ein Bereitstellen eines Substrats, das eine erste und zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Das Verfahren beinhaltet auch ein Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer amorphen Siliciumschicht des N-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten Lichtempfangsfläche und ein Bilden einer amorphen Siliciumschicht des P-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs, um jeweils eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs und eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs zu bilden. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden eines ersten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und eines zweiten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs.
  • Hierin werden auch Solarzellen offenbart. Bei einer Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat ein, das eine erste und zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Auf der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche ist eine dielektrische Tunnelschicht angeordnet. Auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Die polykristalline Siliciumschicht des N-Typs weist Korngrenzen auf. Auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Die polykristalline Siliciumschicht des P-Typs weist Korngrenzen auf. Auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs ist eine transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein erster Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet.
  • Bei einer anderen Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat ein, das eine erste und zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Auf der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche ist eine dielektrische Tunnelschicht angeordnet. Auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Eine entsprechende Diffusionszone des N-Typs ist im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Eine entsprechende Diffusionszone des P-Typs ist im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs ist eine transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein erster Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet.
  • Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen einen verbesserten Frontkontakt-Heteroübergang-Prozess. Bei den Vorgehensweisen nach dem Stand der Technik werden gegenwärtig ein wahrnehmbares thermisches Oxid, gefolgt von einer Abscheidung von amorphem oder mikrokristallinem Silicium, und eine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO) und Verkupferung verwendet. Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen wird zur Herstellung einer polykristallinen Frontkontakt-Silicium-Solarzelle erfolgt der thermische Vorgang im Anschluss an die Silicium-Abscheidungsprozesse.
  • Die Vorgehensweisen nach dem Stand der Technik können, um dies in einen Kontext zu stellen, das Züchten eines qualitativ hochwertigen Oxids gefolgt von der Abscheidung einer amorphen Siliciumschicht beinhalten. Eine solche Vorgehensweise hat mehrere Nachteile. Das Oxid ist von hoher Qualität, aber der Übergang liegt an der Oberfläche der Vorrichtung, wodurch die Oberflächenvorbereitung kritisch wird, so dass sich die Filme nicht auf Partikeln oder kontaminierten Regionen usw. ausbilden. Außerdem absorbiert der amorphe Siliciumfilm eine erhebliche Menge an Licht. Drittens liegt bei der Phosphordotierung keine Hochtemperaturbehandlung vor, was sich in einer wahrscheinlich auf bescheidene Werte beschränkten Lebensdauer niederschlagen kann. Die Vorgehensweisen nach dem Stand der Technik könnten durchaus dadurch verbessert werden, dass der Siliciumfilm mikrokristallin abgeschieden wird, was das Transparenzproblem abmildern würde, aber keines der anderen Probleme. Ein Mangel an Gettern könnte dadurch abgemildert werden, dass ein qualitativ hochwertiges, teureres Silicium verwendet wird. Der Problematik des an der Oberfläche liegenden Übergangs müsste anderenfalls mit extremer Sauberkeit der Fabrik und Werkzeuge begegnet werden.
  • Im Gegensatz dazu beinhaltet, gemäß einer oder mehrerer hier beschriebener Ausführungsformen, ein Frontkontaktprozess ein Bilden eines beidseitig texturierten Wafers. Einer Oxidation bei niedriger Temperatur, zum Beispiel einer entweder nasschemischen oder Plasma-Oxidation, und dem anschließendem Abscheiden von dotierten Siliciumfilmen auf gegenüberliegenden Oberflächen folgt dann eine Hochtemperaturbehandlung. Bei einer Ausführungsform erfolgt dann nach dem Abscheiden des Tunneldielektrikums und des Siliciums eine Temperung. Bei der Hochtemperaturbehandlung kann es sich um eine beschleunigte thermische Temperung oder eine Temperung im Ofen handeln. Bei einer bestimmten Ausführungsform liegt der Prozessbereich über ungefähr 900 Grad Celsius. Eine derartige Bearbeitung kann implementiert werden, um das Tunneldielektrikum etwas aufzulockern und den größtmöglichen Nutzen aus dem Gettern von Metallen in das hochdotierte polykristalline Siliciummaterial zu ziehen. Der Prozess kann mit einem Bilden einer TCO-Schicht und dem anschließendem Bilden von Kontakten, z. B. durch Verkupfern, abgeschlossen werden.
  • Bei einer Ausführungsform können die Vorteile der hier beschriebenen Vorgehensweisen die Möglichkeit zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrads und zur Verwendung von weniger reinem und somit kostengünstigerem Silicium einschließen. Ein weiterer potenzieller Vorteil ist eine größere Transparenz von Siliciumfilmen nach der Kristallisation. Ein Übergang kann sich thermisch in ein darunterliegendes Substrat eindiffundieren lassen, um metallurgische Übergänge an der Waferoberfläche zu beseitigen. Die beschriebenen Vorgehensweisen können implementiert werden, um die Möglichkeit undotierter Oberflächen ohne Passivierungsfilme zu minimieren. Ein weiterer Vorteil kann in einem Metallgettern in dotiertes Polysilicium zur Verlängerung der Lebensdauer bestehen.
  • Die 1–6 zeigen, in einem beispielhaften Prozessablauf, Querschnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 7 ist ein Ablaufplan 700 mit einer Auflistung von Arbeitsschritten in einem den 1–6 entsprechenden Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Im Vorgang 702 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 1 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle ein Bereitstellen eines Substrats 100. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat 100 um ein monokristallines Siliciumsubstrat des N-Typs. Bei einer Ausführungsform weist das Substrat 100 eine erste Lichtempfangsfläche 102 und eine zweite Lichtempfangsfläche 104 auf.
  • Im Vorgang 704 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 2 werden nun eine oder beide der Lichtempfangsflächen 102 und 104 texturiert, um jeweils eine erste texturierte Lichtempfangsfläche 106 und eine zweite texturierte Lichtempfangsfläche 108 bereitzustellen (in 2 ist bei beiden gezeigt, dass sie texturiert werden). Bei einer Ausführungsform wird zum Texturieren der Lichtempfangsflächen 102 und 104 des Substrats 100 ein Nassätzmittel auf Hydroxidbasis verwendet.
  • Im Vorgang 706 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 3 wird nun eine dielektrische Tunnelschicht 110 auf der ersten texturierten Lichtempfangsfläche 106 und der zweiten texturierten Lichtempfangsfläche 108 gebildet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht 110 um eine nasschemische Siliciumoxidschicht, z. B. eine aus nasschemischer Oxidation des Siliciums der ersten texturierten Lichtempfangsfläche 106 und der zweiten texturierten Lichtempfangsfläche 108 gebildete Siliciumoxidschicht. Bei einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht 110 um eine abgeschiedene Siliciumoxidschicht, z. B. eine aus chemischer Gasphasenabscheidung auf der ersten texturierten Lichtempfangsfläche 106 und auf der zweiten texturierten Lichtempfangsfläche 108 gebildete Siliciumoxidschicht. Bei einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht 110 um eine thermische Siliciumoxidschicht, z. B. eine aus thermischer Oxidation des Siliciums der ersten texturierten Lichtempfangsfläche 106 und der zweiten texturierten Lichtempfangsfläche 108 gebildete Siliciumoxidschicht. Bei anderen Ausführungsformen handelt es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht um eine stickstoffdotierte SiO2-Schicht oder ein anderes dielektrisches Material wie eine Siliciumnitridschicht.
  • Im Vorgang 708 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 4 wird nun eine erste Siliciumschicht 112 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf dem auf der ersten texturierten Lichtempfangsfläche 106 gebildeten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht 110 gebildet. Eine zweite Siliciumschicht 114 eines zweiten Leitfähigkeitstyps wird auf dem auf der zweiten texturierten Lichtempfangsfläche 108 gebildeten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht 110 gebildet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten Siliciumschicht 112 um eine amorphe Siliciumschicht des N-Typs und bei der zweiten Siliciumschicht 114 um eine amorphe Siliciumschicht des P-Typs. Bei einer Ausführungsform werden die erste Siliciumschicht 112 und die zweite Siliciumschicht 114 durch chemische Gasphasenabscheidung gebildet.
  • Im Vorgang 710 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 5 wird nun ein Hochtemperatur-Temperungsprozess verwendet, um die erste Siliciumschicht 112 und die zweite Siliciumschicht 114 zu kristallisieren, um jeweils die erste polykristalline Siliciumschicht 116 und die zweite polykristalline Siliciumschicht 118 zu bilden. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der ersten polykristallinen Siliciumschicht 116 um eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs und bei der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 118 um eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs. Bei einer bestimmten solchen Ausführungsform bilden sich in der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und in der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs Korngrenzen aus. Bei einer Ausführungsform wird die Hochtemperatur-Temperung bei einer Temperatur über 900 Grad Celsius durchgeführt. Bei einer Ausführungsform treibt der Hochtemperatur-Temperungsprozess Dotiermittel aus den Siliciumschichten 112/116 und 114/118 während des Temperungsprozesses teilweise in das Substrat 100 ein. Bei einer bestimmten solchen Ausführungsform bildet sich in dem der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs unmittelbar benachbarten Abschnitt des Substrats 100 eine Diffusionszone des P-Typs aus, während sich in dem der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs unmittelbar benachbarten Abschnitt des Substrats 100 eine Diffusionszone des N-Typs ausbildet.
  • Im Vorgang 712 des Ablaufplans 700 und wieder in der entsprechenden 5 wird nun eine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO-Schicht) 120 auf der ersten polykristallinen Siliciumschicht 116 und auf der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 118 gebildet. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der TCO-Schicht 120 um eine Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Im Vorgang 714 des Ablaufplans 700 und in der entsprechenden 6 wird nun ein erster Satz von leitfähigen Kontakten 122 auf dem auf der ersten polykristallinen Siliciumschicht 116 gebildeten Abschnitt der TCO-Schicht gebildet. Ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten 124 wird auf dem auf der zweiten polykristallinen Siliciumschicht 118 gebildeten Abschnitt der TCO-Schicht gebildet. Bei einer Ausführungsform werden der erste Satz von leitfähigen Kontakten 122 und der zweite Satz von leitfähigen Kontakten 124 gebildet, indem zunächst eine Metallkeimschicht gebildet wird und dann ein Metall wie Kupfer in einer auf der Metallkeimschicht gebildeten Maske elektroplattiert wird. Bei einer anderen Ausführungsform werden der erste Satz von leitfähigen Kontakten 122 und der zweite Satz von leitfähigen Kontakten 124 durch einen Druckpastenprozess wie einen Silberdruckpastenprozess gebildet. Die sich ergebende Struktur von 6 kann als fertiggestellte oder beinahe fertiggestellte Solarzelle angesehen werden, die in ein Solarmodul aufgenommen werden kann.
  • Obwohl vorstehend bestimmte Materialien spezifisch beschrieben sind, können generell manche Materialien leicht durch andere ersetzt werden, wobei derartige andere Ausführungsformen innerhalb des Geistes und Umfangs von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bleiben. Bei einer Ausführungsform stellt zum Beispiel letztlich ein anderes Substratmaterial ein Solarzellensubstrat bereit. Bei einer bestimmten solchen Ausführungsform stellt letztlich ein Substrat aus III-V-Materialien ein Solarzellensubstrat bereit. Weiter versteht es sich, dass, wenn spezifisch eine Dotierung des N+- und P+-Typs beschrieben ist, andere betrachtete Ausführungsformen den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp einschließen, z. B. eine Dotierung des P+- bzw. N+-Typs.
  • Es sind also Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung verbesserter Frontkontakt-Heteroübergang-Prozesse und die sich ergebenden Solarzellen offenbart worden.
  • Obwohl vorstehend spezifische Ausführungsformen beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken, auch wo nur eine einzige Ausführungsform in Hinblick auf ein bestimmtes Merkmal beschrieben ist. Beispiele für Merkmale, die in der Offenbarung bereitgestellt werden, sollen vielmehr veranschaulichend als einschränkend sein, sofern dies nicht anderweitig angegeben ist. Die vorstehende Beschreibung soll solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die für den Fachmann ersichtlich sind, der von dieser Offenbarung profitiert.
  • Der Umfang der vorliegenden Offenbarung schließt jedes Merkmal oder jede Kombinationen von Merkmalen ein, die hierin (entweder explizit oder implizit) offenbart sind, oder jede Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob es oder sie einzelne oder alle der hierin angesprochenen Probleme abschwächt. Entsprechend können während der Verfolgung dieser Anmeldung (oder einer Anmeldung, die diesbezüglich Priorität beansprucht) neue Patentansprüche zu jeder solchen Kombination von Merkmalen formuliert werden. Insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche können Merkmale von abhängigen Ansprüchen mit jenen der unabhängigen Patentansprüche kombiniert werden, und Merkmale von entsprechenden unabhängigen Patentansprüchen können in jeder geeigneten Weise und nicht lediglich in den spezifischen Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen aufgezählt sind, kombiniert werden.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle ein Bereitstellen eines Substrats, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Das Verfahren beinhaltet auch ein Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer amorphen Siliciumschicht des N-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten Lichtempfangsfläche und ein Bilden einer amorphen Siliciumschicht des P-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der zweiten Lichtempfangsfläche. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs, um jeweils eine polykristalline Siliciumschicht des N Typs und eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs zu bilden. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden einer transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs. Das Verfahren beinhaltet auch ein Bilden eines ersten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs, und eines zweiten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs, das Substrat auf eine Temperatur über ungefähr 900 Grad Celsius zu erhitzen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs ein Bilden von Korngrenzen in der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Bilden der dielektrischen Tunnelschicht die Durchführung einer nasschemischen Oxidation der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Bilden der dielektrischen Tunnelschicht das Abscheiden einer Siliciumoxidschicht durch chemische Gasphasenabscheidung.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs das Bilden einer Diffusionszone des P-Typs im Substrat unmittelbar benachbart der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs, und umfasst das Bilden einer Diffusionszone des N-Typs im Substrat unmittelbar benachbart der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche das Texturieren von nur einer von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche das Texturieren beider, der ersten und der zweiten, Lichtempfangsflächen.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Bilden der transparenten leitfähigen Oxidschicht das Bilden einer Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst das Bilden der amorphen Siliciumschicht des N-Typs das Bilden einer amorphen Siliciumschicht des N-Typs durch chemische Gasphasenabscheidung, und das Bilden der amorphen Siliciumschicht des P-Typs umfasst das Bilden einer amorphen Siliciumschicht des P-Typs durch chemische Gasphasenabscheidung.
  • Bei einer Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat ein, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Auf der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche ist eine dielektrische Tunnelschicht angeordnet. Auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Die polykristalline Siliciumschicht des N-Typs weist Korngrenzen auf. Auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Die polykristalline Siliciumschicht des P-Typs weist Korngrenzen auf. Auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs ist eine transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein erster Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform ist eine oder beide von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche texturiert.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei der transparenten leitfähigen Oxidschicht um eine Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um ein monokristallines Siliciumsubstrat und bei der dielektrischen Tunnelschicht um eine Siliciumoxidschicht.
  • Bei einer Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat ein, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist. Auf der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche ist eine dielektrische Tunnelschicht angeordnet. Auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Eine entsprechende Diffusionszone des N-Typs ist im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordnet. Auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht ist eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Eine entsprechende Diffusionszone des P-Typs ist im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordnet. Auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs ist eine transparente leitfähige Oxidschicht angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein erster Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet. Auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist ein zweiter Satz von leitfähigen Kontakten angeordnet.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform umfasst die polykristalline Siliciumschicht des N-Typs Korngrenzen und die polykristalline Siliciumschicht des P-Typs umfasst Korngrenzen.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform ist eine oder beide von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche texturiert.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei der transparenten leitfähigen Oxidschicht um eine Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO).
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform handelt es sich bei dem Substrat um ein monokristallines Siliciumsubstrat und bei der dielektrischen Tunnelschicht um eine Siliciumoxidschicht.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Substrats, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist; Texturieren einer oder beider der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche; Bilden einer dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche; Bilden einer amorphen Siliciumschicht des N-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der ersten Lichtempfangsfläche und Bilden einer amorphen Siliciumschicht des P-Typs auf dem Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht auf der zweiten Lichtempfangsfläche; Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs, um jeweils eine polykristalline Siliciumschicht des N-Typs und eine polykristalline Siliciumschicht des P-Typs zu bilden; Bilden einer transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs; und Bilden eines ersten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs, und eines zweiten Satzes von leitfähigen Kontakten auf dem Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs das Erhitzen des Substrats auf eine Temperatur über ungefähr 900 Grad Celsius umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs ein Bilden von Korngrenzen in der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der dielektrischen Tunnelschicht das Durchführen einer nasschemischen Oxidation der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der dielektrischen Tunnelschicht das Abscheiden einer Siliciumoxidschicht durch chemische Gasphasenabscheidung umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Tempern der amorphen Siliciumschicht des N-Typs und der amorphen Siliciumschicht des P-Typs das Bilden einer Diffusionszone des P-Typs im Substrat unmittelbar benachbart der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs umfasst, und das Bilden einer Diffusionszone des N-Typs im Substrat unmittelbar benachbart der sich ergebenden polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche das Texturieren von nur einer der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Texturieren einer oder beider von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche das Texturieren von beiden, der ersten und der zweiten, Lichtempfangsfläche umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der transparenten leitfähigen Oxidschicht das Bilden einer Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der amorphen Siliciumschicht des N-Typs das Bilden einer amorphen Siliciumschicht des N-Typs durch chemische Gasphasenabscheidung umfasst, und wobei das Bilden der amorphen Siliciumschicht des P-Typs das Bilden einer amorphen Siliciumschicht des P-Typs durch chemische Gasphasenabscheidung umfasst.
  11. Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1.
  12. Solarzelle, umfassend: ein Substrat, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist; eine auf der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche angeordnete dielektrische Tunnelschicht; eine auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht angeordnete polykristalline Siliciumschicht des N-Typs; wobei die polykristalline Siliciumschicht des N-Typs Korngrenzen umfasst; eine auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht angeordnete polykristalline Siliciumschicht des P-Typs; wobei die polykristalline Siliciumschicht des P-Typs Korngrenzen umfasst; eine auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordnete transparente leitfähige Oxidschicht; einen auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordneten ersten Satz von leitfähigen Kontakten; und einen auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordneten zweiten Satz von leitfähigen Kontakten.
  13. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei eine oder beide von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche texturiert ist.
  14. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei es sich bei der transparenten leitfähigen Oxidschicht um eine Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) handelt.
  15. Solarzelle nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem Substrat um ein monokristallines Siliciumsubstrat handelt, und wobei es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht um eine Siliciumoxidschicht handelt.
  16. Solarzelle, umfassend: ein Substrat, das eine erste und eine zweite Lichtempfangsfläche aufweist; eine auf der ersten und zweiten Lichtempfangsfläche angeordnete dielektrische Tunnelschicht; eine auf dem auf der ersten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht angeordnete polykristalline Siliciumschicht des N-Typs, und eine im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordnete entsprechende Diffusionszone des N-Typs; eine auf dem auf der zweiten Lichtempfangsfläche angeordneten Abschnitt der dielektrischen Tunnelschicht angeordnete polykristalline Siliciumschicht des P-Typs, und eine im Substrat unmittelbar benachbart der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordnete entsprechende Diffusionszone des P-Typs; eine auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs und auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordnete transparente leitfähige Oxidschicht; einen auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des N-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordneten ersten Satz von leitfähigen Kontakten; und einen auf dem auf der polykristallinen Siliciumschicht des P-Typs angeordneten Abschnitt der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordneten zweiten Satz von leitfähigen Kontakten.
  17. Solarzelle nach Anspruch 16, wobei die polykristalline Siliciumschicht des N-Typs Korngrenzen umfasst, und wobei die polykristalline Siliciumschicht des P-Typs Korngrenzen umfasst.
  18. Solarzelle nach Anspruch 16, wobei eine oder beide von der ersten und der zweiten Lichtempfangsfläche texturiert ist.
  19. Solarzelle nach Anspruch 16, wobei es sich bei der transparenten leitfähigen Oxidschicht um eine Schicht aus Indium-Zinnoxid (ITO) handelt.
  20. Solarzelle nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem Substrat um ein monokristallines Siliciumsubstrat handelt, und wobei es sich bei der dielektrischen Tunnelschicht um eine Siliciumoxidschicht handelt.
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