DE112015004353T5

DE112015004353T5 - Durch vereinfachten abscheidungsprozess hergestellte solarzelle

Info

Publication number: DE112015004353T5
Application number: DE112015004353.5T
Authority: DE
Inventors: Seung Bum Rim; Matthieu Moors
Original assignee: Total Marketing Services SA; SunPower Corp
Current assignee: TotalEnergies Marketing Services SA; Maxeon Solar Pte Ltd
Priority date: 2014-09-24
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2017-06-14
Also published as: CN107002277A; US9559236B2; WO2016049091A1; TW201626585A; KR20170057388A; KR102487510B1; US20160087140A1; TWI686958B

Abstract

Es werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung vereinfachter Abscheidungsprozesse und die sich ergebenden Solarzellen beschrieben. Bei einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Laden eines Modellsubstrats in eine Abscheidekammer und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des Modellsubstrats in der Abscheidekammer. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet das Herausbilden einer ersten Siliziumschicht auf dem Modellsubstrat, der ersten Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer zweiten Siliziumschicht auf der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht, der dritten Siliziumschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, der festen Dotierschicht des ersten Leitfähigkeitstyps.

Description

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 vereinfachter Abscheidungsprozesse, 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 zeigt ein in die Abscheidekammer zu ladendes Modellsubstrat;
2 zeigt die Struktur von 1 mit einer darauf gebildeten ersten Siliziumschicht;
3 zeigt die Struktur von 2 mit einer darauf gebildeten zweiten Siliziumschicht;
4 zeigt die Struktur von 3 mit einer darauf gebildeten dünnen Oxidschicht;
5 zeigt die Struktur von 4 mit einer darauf gebildeten dritten Siliziumschicht;
6 zeigt die Struktur von 5 mit einer darauf gebildeten festen Dotierschicht.
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.
Die 8–10 zeigen Querschnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie folgt:
8 zeigt die Struktur von 6, nachdem die Dotiermittel aus der festen Dotierschicht in Bereiche der dritten Siliziumschicht getrieben wurden;
9 zeigt die Struktur von 8 nach Entfernen der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht und der dritten Siliziumschicht als einheitlichen Materialstapel für eine Solarzelle vom Modellsubstrat und
10 zeigt die Struktur von 9 nach Bildung einer Metallisierungsstruktur.
11 ist ein Ablaufplan mit einer Auflistung von Arbeitsschritten in einem den 8–10 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.
„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.

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.
Vorliegend werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung vereinfachter Abscheidungsprozesse 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. In einer einzelnen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Laden eines Modellsubstrats in eine Abscheidekammer und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des Modellsubstrats in der Abscheidekammer. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet das Herausbilden einer ersten Siliziumschicht auf dem Modellsubstrat, der ersten Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer zweiten Siliziumschicht auf der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht, der dritten Siliziumschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, der festen Dotierschicht des ersten Leitfähigkeitstyps.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Laden eines porösen Siliziumsubstrats in eine Abscheidekammer bei einer Kammertemperatur etwas im Bereich von 400–800 Grad Celsius und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des porösen Siliziumsubstrats in der Abscheidekammer. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet das Herausbilden einer ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf dem porösen Siliziumsubstrat bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die erste n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern hat. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die zweite n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 10–100 Mikrometern hat. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die p-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometer hat. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem das Herausbilden einer Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) auf der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet außerdem, auf das Herausbilden der PSG-Schicht folgend, das Entfernen des porösen Siliziumsubstrats aus der Abscheidekammer und das anschließende Anwenden eines Verfahrens, in dem die Phosphordotiermittel aus der PSG-Schicht in Bereiche der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht getrieben werden. Das anschließend angewendete Verfahren beinhaltet außerdem das Entfernen der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht, der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht und der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht von dem porösen Siliziumsubstrat als einheitlicher Materialstapel für eine Solarzelle. Das anschließend angewendete Verfahren umfassen außerdem das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur über der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht.
Hierin werden auch Solarzellen offenbart. In einer Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer Rückseite ein. Eine dünne dielektrische Schicht ist auf der Rückseite des Substrats angeordnet. Eine erste Einkristall-Siliziumemitterzone ist auf einem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht angeordnet und mit einer Verunreinigung eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert. Eine zweite Einkristall-Siliziumemitterzone ist auf einem zweiten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht angeordnet, folgend auf die auf dem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht angeordnete erste Einkristall-Siliziumemitterzone. Die zweite Einkristall-Siliziumemitterzone ist mit einer Verunreinigung eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps dotiert. Ein p-n-Übergang befindet sich zwischen der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone und der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen richten sich nach der vereinfachten Herstellung von polykristallinen Silizium-(Poly-Si) oder monokristallinen Siliziumemittern wie sie durch Prozesse der In-situ-Dotierung und Laserdotierung verarbeitet werden. In einem besonderen Beispiel richten sich die Ausführungsformen nach einem vereinfachten Prozess zur Implementierung grabenloser Siliziumemitter auf dünnen epitaktischen (epi) Siliziumschichten (Si). Eine oder mehr Ausführungsformen können eingesetzt werden, um Kosten für Vorgehensweisen mit dünnem epitaktischem Silizium einzusparen, die Implementierung von kristallinen Siliziumemitterzonen auf dünnen epitaktischen Siliziumstrukturen beinhalten.
Genauer gesagt ist trotz der Si-Kosten, die dünnes epitaktisches Silizium einsparen kann, um preisgünstige Zellen zu erhalten, weiterhin eine hohe Effizienz erforderlich, um solche Zellen auf dem Markt für hocheffiziente Premium-Solarzellen zu platzieren. Die Implementierung von kristallinen Siliziumemitterzonen für solche Solarzellen kann die Effizienz durch ihre überragende Passivierungsqualität und die positiven Eigenschaften dazugehöriger elektrischer Kontakte verbessern. Jedoch können (auf die Dauer bezogen) relativ lange Prozessabläufe hohe Kosten für die Implementierung in einen Herstellungsprozess erfordern. Dementsprechend können die hier beschriebenen Ausführungsformen das Einsetzen einer In-situ-Dotierung in einer epitaktischen Abscheidekammer und darauffolgende Laserdotiertechniken zur Vereinfachung von Prozessabläufen und zur Bereitstellung einer Vorgehensweise zur Implementierung von kristallinen Siliziumemitterzonen auf epi Si beinhalten.
In einer exemplarischen Ausführungsform, wie unten ausführlicher beschrieben, beinhaltet ein Herstellungsschema für Solarzellen das Herausbilden einer Solarzellenschicht auf einem porosierten Modell. Zum Beispiel können fünf Schichten in einem einzigen Durchlauf in einer epitaktischen (epi) Abscheidekammer herausgebildet werden: (1) eine in-situ dotierte (z. B. n-leitende) vordere Oberflächenschicht, (2) eine leicht dotierte (z. B. n-leitende) oder eigenleitende Si-„Bulk”-Schicht, (3) eine Tunneloxidschicht (die durch thermisches Wachstum, Abscheidung oder eine Kombination aus beidem herausgebildet werden kann), (4) eine leicht dotierte (z. B. p-leitende) Poly-Si- oder monokristalline Si-Schicht und (5) eine phosphordotierte Oxidschicht wie etwa eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG). Das Modell kann dann aus der epi-Kammer entfernt werden und die Laserdotierung angewendet werden zum Gegendotieren der leicht dotierten p-leitenden (poly- oder monokristallinen) Emitterschicht in bestimmten Bereichen durch Treiben von Phosphor aus der PSG- in die Emitterschicht. In einer solchen Ausführungsform wird das Gegendotieren problemlos erreicht, da die p-leitende Emitterschicht sehr leicht dotiert ist. Als Ergebnis kann eine grabenlose Architektur hergestellt werden, bei der die n-leitenden Bereiche stark mit Phosphor dotiert sind. Bei einer solchen Architektur, bei einer Ausführungsform, ist das Risiko eines Emitter-Push-Effekts oder einer Codiffusion sehr gering, da das Tunneloxid die Diffusion des Dotiermittels unter der Schicht unterdrückt. Die beiden genannten Vorgänge sind eine effiziente Ergänzung der Emitterherstellung. Nachfolgende Metallisierung und der Prozess der vorderen Oberfläche können ebenso implementiert werden, um einen Herstellungsprozess für Solarzellen zu ergänzen. Die hier beschriebenen Vorgehensweisen können implementiert werden, um für hocheffiziente, kostengünstige, dünne Si-Solarzellen zu sorgen.
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.
Bezugnehmend auf Vorgang 702 des Ablaufplans 700 und die entsprechende 1 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Laden eines Modellsubstrats 100 in die Abscheidekammer. In einer Ausführungsform wird das gesamte im Folgenden beschriebene Abscheidungsverfahren ohne Entfernen des Modellsubstrats 100 aus der Abscheidekammer ausgeführt. In einer anderen Ausführungsform wird zumindest ein Teil des im Folgenden beschriebenen Abscheideverfahrens ohne Entfernen des Modellsubstrats 100 aus der Abscheidekammer ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform wird das Modellsubstrat 100 bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius in die Abscheidekammer geladen. Bei einer solchen Ausführungsform ist die Abscheidekammer eine epitaktische Abscheidekammer, wie etwa eine Reaktorkammer zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) z. B. mit einer Infrarotlampe (IR) zum Erwärmen im Inneren der Kammer. Bei einer Ausführungsform ist das Modellsubstrat 100 ein poröses Siliziumsubstrat (von dem Teile durch einen Temperprozess versiegelt worden sein können, wonach nur innere Abschnitte des Substrats porös bleiben). In einer solchen Ausführungsform wird die obere Fläche der porösen Siliziumschicht, vor der epitaktischen Abscheidung darauf, durch Vortempern bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius in der Kammer verschlossen. Bei einer Ausführungsform werden die im Folgenden beschriebenen Schichten, ohne Entfernen des porösen Siliziumsubstrats aus der Abscheidekammer, in einem einzigen Durchlauf in der Kammer abgeschieden.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 704 des Ablaufplans 700 und der entsprechenden 2 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Herausbilden einer ersten Siliziumschicht 102 auf dem Modellsubstrat 100. Bei einer Ausführungsform hat die erste Siliziumschicht 102 einen ersten Leitfähigkeitstyp.
Bei einer Ausführungsform wird die erste Siliziumschicht 102 durch Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur gebildet, die ungefähr im Bereich von 1.000–1.300°C liegt. Bei einer solchen Ausführungsform wird die erste Siliziumschicht 102 als eine n-leitende Einkristall-Siliziumschicht gebildet, die eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ hat. Bei einer Ausführungsform wird die erste Siliziumschicht 102 als eine n-leitende Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern gebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform wird die erste Siliziumschicht 102 unter Verwendung einer Kombination aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Phosphan (PH₃) als Prozessgase gebildet.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 706 des Ablaufplans 700 und die entsprechende 3 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Herausbilden einer zweiten Siliziumschicht 104 auf der ersten Siliziumschicht 102. Bei einer Ausführungsform hat die zweite Siliziumschicht 104 den ersten Leitfähigkeitstyp.
Bei einer Ausführungsform wird die zweite Siliziumschicht 104 durch Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur gebildet, die ungefähr im Bereich von 1.000–1.300°C liegt. Bei einer solchen Ausführungsform wird die zweite Siliziumschicht 104 als eine n-leitende Einkristall-Siliziumschicht gebildet, die eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ hat. Bei einer Ausführungsform wird die zweite Siliziumschicht 104 als eine n-leitende Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 10–100 Mikrometern gebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform wird die zweite Siliziumschicht 104 unter Verwendung einer Kombination aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Phosphan (PH₃) als Prozessgase gebildet.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 708 des Ablaufplans 700 und die entsprechende 4 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle optional das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht 106 auf der zweiten Siliziumschicht 104.
Bei einer Ausführungsform wird die dünne Oxidschicht 106 durch Abscheiden der dünnen Oxidschicht oder thermisches Wachstum der dünnen Oxidschicht oder eine Kombination aus thermischem Wachstum und Abscheiden auf der zweiten Siliziumschicht 104 gebildet. Bei einer Ausführungsform wird zumindest ein Teil der dünnen Oxidschicht 106 unter Verwendung einer Kombination aus Silan (SiH₄) und Sauerstoff (O₂) als Prozessgasen abgeschieden.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 710 des Ablaufplans 700 und die entsprechende 5 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht 108 über der zweiten Siliziumschicht 104. Bei einer Ausführungsform hat die dritte Siliziumschicht 108 einen zweiten, abweichenden Leitfähigkeitstyp. Bei einer Ausführungsform wird die dritte Siliziumschicht, sofern die dünne Oxidschicht 106 gebildet wurde, wie in 5 dargestellt auf der dünnen Oxidschicht 106 gebildet.
Bei einer Ausführungsform wird die dritte Siliziumschicht 108 durch Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur gebildet, die ungefähr im Bereich von 1.000–1.300°C liegt. Bei einer solchen Ausführungsform wird die dritte Siliziumschicht 108 als eine p-leitende polykristalline oder monokristalline Siliziumschicht gebildet, die eine Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ hat. Bei einer Ausführungsform wird die dritte Siliziumschicht 108 als eine p-leitende polykristalline oder monokristalline Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometern gebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform wird die erste Siliziumschicht 102 unter Verwendung einer Kombination aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und einer Borquelle (z. B. eine oder mehrere von BH₃, B₂H₆ oder BBr₃) als Prozessgasen gebildet.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine p-leitende polykristalline Niedertemperatur-Siliziumschicht als die dritte Siliziumschicht 108 gebildet. Zum Beispiel wird eine p-leitende polykristalline Schicht auf der dünnen Oxidschicht 106 gebildet, wie etwa eine Siliziumoxidschicht, bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius.
Bei einer anderen Ausführungsform wird eine p-leitende Einkristall-Siliziumschicht als die dritte Siliziumschicht 108 auf einer dünnen dielektrischen Schicht gebildet (als ein Beispiel von Schicht 108), die geeignet ist, monokristallines Wachstum zuzulassen. Bei einer exemplarischen Ausführungsform wird eine p-leitende Einkristall-Siliziumschicht als die dritte Siliziumschicht 108 auf einer dünnen Gadoliniumoxidschicht gebildet.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 712 des Ablaufplans 700 und die entsprechende 6 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Herausbilden einer festen Dotierschicht 110 auf der dritten Siliziumschicht 108. Bei einer Ausführungsform hat die feste Dotierschicht 110 den ersten Leitfähigkeitstyp.
Bei einer Ausführungsform wird die feste Dotierschicht 110 durch Abscheiden bei einer Temperatur gebildet, die ungefähr im Bereich von 400–1.000 Grad Celsius liegt. Bei einer solchen Ausführungsform wird das Modellsubstrat 100 zunächst bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius in die Abscheidekammer geladen. Die oben beschriebenen Siliziumschichten werden dann bei Temperaturen im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius gebildet. Anschließend wird ein Absinken der Temperatur in der Kammer zugelassen und die feste Dotierschicht 110 wird durch Abscheidung bei oder nahe der ursprünglichen Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius gebildet. Bei einer besonderen Ausführungsform, die auf den Fertigungsdurchsatz abzielt, liegt die Temperatur der Abscheidungen der festen Dotierschicht 110 bei oder nahe der Temperatur, die zum Einführen eines nachfolgenden Modellsubstrats in die Kammer benötigt wird.
Bei einer Ausführungsform ist die feste Dotierschicht 110 eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG). Bei einer solchen Ausführungsform wird die PSG-Schicht aus einer Kombination aus Silan (SiH₄), Sauerstoff (O₂) und Phosphan (PH₃) als Prozessgasen oder aus einer Kombination aus Silan (SiH₄) und P₂O₅ gebildet. Bei einer Ausführungsform kann durch Abscheiden der festen Dotierschicht 110 bei einer Temperatur, die relativ niedriger ist als die anderen Abscheidungstemperaturen, das Treiben der Dotiermittel aus der festen Dotierschicht 110 in die dritte Siliziumschicht 108 unterbunden werden, bis nachfolgende Bearbeitungs-/Strukturierungsvorgänge außerhalb der Abscheidekammer ausgeführt wurden.
Bezugnehmend jetzt auf Vorgang 714 des Ablaufplans 700 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach dem Bilden der festen Dotierschicht 110 auf der dritten Siliziumschicht 108 das Entfernen des Modellsubstrats 100 aus der Abscheidekammer.
Bei einer Ausführungsform wird das Modellsubstrat 100 unmittelbar nach dem Bilden der festen Dotierschicht 110 (z. B. ohne weitere Abscheideprozesse) aus der Abscheidekammer entfernt. Wie oben erwähnt ermöglicht diese Vorgehensweise bei einer Ausführungsform das Einbringen eines neuen Substrats ohne eine wesentliche, nach dem Abscheiden der festen Dotierschicht 110 erforderliche Temperaturänderung.
Sobald das Modellsubstrat mit den oben beschriebenen Schichten aus der Abscheidekammer entfernt wurde, kann eine weitere Bearbeitung durchgeführt werden. 8–10 zeigen, in einem weiterführenden beispielhaften Prozessablauf, Querschnittdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 11 ist ein Ablaufplan 1100 mit einer Auflistung von Arbeitsschritten in einem den 8–10 entsprechenden Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Bezugnehmend auf Vorgang 1102 des Ablaufplans 1100 und die entsprechende 8 beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, auf das Entfernen des Modellsubstrats 100 aus der Abscheidekammer folgend, das Treiben von Dotiermitteln aus der festen Dotierschicht 110 in Bereiche 112 der dritten Siliziumschicht 108, wobei Bereiche 114 der dritten Siliziumschicht 108 ausgelassen werden.
Bei einer Ausführungsform werden die Dotiermittel in einer Struktur getrieben, die für p-leitende und n-leitende Fingerkontakt-Strukturierungen geeignet ist. Das heißt, die Dotiermittel werden nur an Stellen getrieben, an denen eine n-leitende Emitterzone benötigt wird (z. B. wenn Phosphor-Dotiermittel aus einer PSG-Schicht getrieben werden). Bei einer Ausführungsform wird das Treiben unter Verwendung direkter Schreiblaserbestrahlung 116 von Abschnitten der PSG-Schicht durchgeführt wie in 8 dargestellt. Bei einer anderen Ausführungsform wird auf der PSG-Schicht eine Maskenätzung vorgenommen. In beiden Fällen kann ein darauffolgendes Tempern vorgenommen werden, entweder mit der PSG-Schicht oder nach deren Entfernen.
Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung formt das Treiben der Dotiermittel, unabhängig davon, wie dieses ausgeführt wird, die Bereiche 112 zu n-leitenden Bereichen um. Um die Bereiche umzuformen, z. B. von p-leitenden zu n-leitenden, kann es notwendig sein, dass die in der Folge eingesetzten n-leitenden Dotiermittel die vorhandenen p-leitenden Dotiermittel mit mindestens einer Größenordnung bezüglich der absoluten Dotiermittelkonzentration in den Bereichen 112 überflügeln müssen. Bei einer Ausführungsform führt die elektrische Wandlung der Bereiche 112 zur Bildung eines p-n-Übergangs zwischen den benachbarten Bereichen 112 und 114 innerhalb der Schicht 108. Bei einer besonderen Ausführungsform werden die Bereiche 112 implantiert, um phosphorimplantierte Bereiche der borhaltigen Siliziumschicht 108 zu schaffen, in denen die Konzentration der Phosphorverunreinigung der phosphorimplantierten Bereiche 112 mindestens 10-fach (also um mindestens eine Größenordnung) größer ist als die Konzentration der Borverunreinigung in den Bereichen 108 und somit mindestens um eine Größenordnung größer als die Konzentration der Borverunreinigung in den nicht phosphorimplantierten Bereichen 114. Bei einer Ausführungsform sind die gegendotierten Bereiche bezüglich der Dotiermittelkonzentration mindestens um eine Größenordnung größer, um das zuerst enthaltene Dotiermittel ausreichend zu überwiegen und so das Dotierungsmerkmal zu bestimmen. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die gegendotierten Bereiche bezüglich der Dotiermittelkonzentration nicht mehr als etwa zwei oder drei Größenordnungen größer, sodass die Unterschiede hinsichtlich der Leitfähigkeit der gegendotierten gegenüber den nicht gegendotierten Bereichen keinen Einfluss auf die letztendliche Leistung und Effizienz der Solarzelle haben. Es muss berücksichtigt werden, dass eine Restdotierung der p-leitenden Bereiche 114 tatsächlich auftreten kann, z. B. durch Streuung oder unvollständiges Dotieren. Solche Restdotierungen sind jedoch nicht ausreichend, um die letztlich verbleibenden p-leitenden Bereiche 114 gegenzudotieren.
Bezugnehmend auf Vorgang 1104 des Ablaufplans 1100 und die entsprechende 9 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Entfernen der ersten Siliziumschicht 102, der zweiten Siliziumschicht 104, der dünnen Oxidschicht (sofern vorhanden) und der dritten Siliziumschicht 108 vom Modellsubstrat 100 als einheitlicher Materialstapel für eine Solarzelle.
Bei einer Ausführungsform wird so eine erste n-leitende Einkristall-Siliziumschicht, eine zweite n-leitende Einkristall-Siliziumschicht und eine p-leitende Einkristall-Siliziumschicht als einheitlicher Materialstapel für eine Solarzelle von einem porösen Siliziumsubstrat entfernt. Bei einer Ausführungsform wird die feste Dotierschicht 110 während des Entfernens fixiert wie in 9 dargestellt. Bei anderen Ausführungsformen wird jedoch die feste Dotierschicht 110 vor dem Entfernen des Materialstapels von dem Modellsubstrat 100 entfernt.
Bezugnehmend auf Vorgang 1106 des Ablaufplans 1100 und die entsprechende 10 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur 117 über der dritten Siliziumschicht 108. Obwohl in exemplarischer Reihenfolge dargestellt, muss berücksichtigt werden, dass die Vorgänge 1102, 1104 und 1106 in wechselnden Reihenfolgen ausgeführt werden können, abhängig vom effizientesten Herstellungsprozess, der durch eine besondere Anordnung in einer Produktionsanlage bestimmt sein kann. Es muss auch berücksichtigt werden, dass die feste Dotierschicht im Ganzen, auf das Treiben des Dotiermittels folgend, entfernt werden kann oder intakt oder teilweise als Artefakt in einer abschließenden Solarzellenarchitektur erhalten werden kann.
Bezugnehmend auf 10 wird in einer Ausführungsform die Metallisierungsstruktur durch Strukturierung einer Isolierschicht 118 und Bildung leitfähiger Kontakte darin gebildet. Die leitfähigen Kontakte 120 sind elektrisch mit den Bereichen 112 und 114 der dritten Siliziumschicht 108 verbunden, d. h. mit den kristallinen Siliziumemitterzonen der Solarzelle. Bei einer Ausführungsform werden die leitfähigen Kontaktstrukturen hergestellt, indem zunächst die Isolierschicht 118 abgeschieden und strukturiert wird, sodass sie Öffnungen hat, und anschließend eine oder mehrere leitfähige Schichten in den Öffnungen gebildet werden. In einer solchen Ausführungsform werden die Öffnungen durch Laser-Ablation ausgebildet. In einer Ausführungsform schließen die leitfähigen Kontaktstrukturen 120 Metall ein und werden durch einen Abscheidungs-, lithographischen und Ätzansatz oder alternativ dazu durch einen Druck- oder Beschichtungsprozess oder alternativ dazu einen Folienhaftprozess ausgebildet.
Wiederum bezugnehmend auf 10 beinhaltet das Entfernen des einheitlichen Materialstapels für die Solarzelle die Bereitstellung der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht 102 als eine lichtempfangende Oberfläche 122 der Solarzelle. In einer solchen Ausführungsform ist die lichtempfangende Oberfläche 122 texturiert, um eine texturierte Oberfläche 124 einer schließlich hergestellten Solarzelle bereitzustellen. In solch einer Ausführungsform wird ein hydroxidbasiertes Nassätzmittel verwendet, um die n-leitende Einkristall-Siliziumschicht 102 zu texturieren. Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt der Texturierung der lichtempfangenden Oberfläche variieren kann. Bei einer Ausführungsform kann es sich bei einer texturierten Oberfläche um eine Oberfläche handeln, die eine regelmäßig oder unregelmäßig geformte Oberfläche zum Streuen von eintreffendem Licht besitzt, wodurch die von den lichtempfangenden Oberflächen der Solarzelle wegreflektierte Lichtmenge verringert wird.
Wiederum Bezug nehmend auf 10 können weitere Ausführungsformen die Bildung einer Passivierung und/oder von Antireflex-Beschichtungen (anti-reflective coating, ARC) (kollektiv als Schicht 126 dargestellt) auf der lichtempfangenden Oberfläche 122 umfassen, wie etwa Siliziumnitrid-, Silizium-, Siliziumoxid- oder Siliziumoxinitridschichten. Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt der Bildung der Passivierung und/oder ARC-Schichten ebenso variieren kann.
Eine oder mehr der hier beschriebenen Ausführungsformen richten sich nach Solarzellen, die Emitterzonen über einem Substrat der Solarzelle bilden, und insbesondere solchen Solarzellen, die eine grabenfreie Anordnung der Emitterzonen haben. Modernste Solarzellen, die über in einer polykristallinen Siliziumschicht gebildete Emitterzonen auf der Rückseite einer Rückkontaktsolarzelle verfügen, haben übrigens häufig Lücken, die n-leitende und p-leitende Emitterzonen trennen. Außerdem sind diese Lücken auf zu Gräben ausgeweitet, die sich bis ins darunter liegende Substrat erstrecken. Als solche können diese Solarzellen als Grabenkontakt-Solarzellen bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu richten sich eine oder mehr der hier beschriebenen Ausführungsformen nach Solarzell-Prozessabläufen, die grabenfreie Anordnungen in einem Ansatz mit vereinfachter Abscheidung bereitstellen. Bei einer Ausführungsform wird die grabenfreie Anordnung in einer polykristallinen Siliziumschicht bereitgestellt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die grabenfreie Anordnung in einer Einkristall-Siliziumschicht bereitgestellt, eine exemplarische Solarzelle hierfür wird im Folgenden beschrieben.
Bezugnehmend wiederum auf 10 beinhaltet bei einer Ausführungsform eine Solarzelle ein Substrat (Schicht 102 plus Schicht 104) mit lichtempfangender Oberfläche (freiliegende Oberfläche von Schicht 102) und einer rückseitigen Oberfläche. Eine dünne dielektrische Schicht 106 ist auf der Rückseite des Substrats angeordnet. Eine erste Einkristall-Siliziumemitterzone 112 ist auf einem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht 106 angeordnet und mit einer Verunreinigung eines ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. einer n-leitenden Verunreinigung, dotiert. Eine zweite Einkristall-Siliziumemitterzone 114 ist auf einem zweiten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht 106 angeordnet, folgend auf die auf dem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht 106 angeordnete erste Einkristall-Siliziumemitterzone 112. Die zweite Einkristall-Siliziumemitterzone ist mit einer Verunreinigung eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, z. B. einer p-leitenden Verunreinigung, dotiert. Bei einer Ausführungsform befindet sich ein p-n-Übergang zwischen der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone 112 und der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone 114.
In einer solchen Ausführungsform beinhaltet die erste Einkristall-Siliziumemitterzone 112 weiterhin die Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. beinhaltet Zone 112 beide n-leitenden und p-leitenden Verunreinigungen. In solch einer besonderen Ausführungsform ist die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone 112 um etwa eine Größenordnung größer als die Gesamtkonzentration der Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone 114 und der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone 112. Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle weiterhin eine erste leitfähige Kontaktstruktur 120, die elektrisch mit der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone 112 verbunden ist, und eine zweite leitfähige Kontaktstruktur 120, die elektrisch mit der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone 114 verbunden ist.
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 kann zum Beispiel eine andere Materialschicht gebildet werden, um letztlich ein Solarzellensubstrat bereitzustellen. Bei einer solchen Ausführungsform wird eine Materialschicht der Gruppen III–V gebildet, um letztlich ein Solarzellensubstrat bereitzustellen, anstatt eine n-leitende Siliziumschicht zur letztlichen Verwendung als Solarzellensubstrat zu bilden.
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. Obwohl im Wesentlichen auf Anordnungen von Rückkontakt-Solarzellen Bezug genommen wird, muss zusätzlich berücksichtigt werden, dass die hier beschriebenen Vorgehensweisen auch auf Frontkontakt-Solarzellen angewendet werden können. Bei anderen Ausführungsformen kann der oben beschriebene sogenannte grabenfreie Prozess umgesetzt werden, um letztlich Grabenkontakt-Solarzellen herzustellen. Zum Beispiel kann ein Prozessablauf, wie er oben beschrieben wurde, zunächst umgesetzt und die Gräben darauffolgend zwischen den Emitterzonen gebildet werden.
Es sind also Verfahren zur Herstellung von Solarzellen unter Verwendung vereinfachter Abscheidungsprozesse 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 das Laden eines Modellsubstrats in eine Abscheidekammer und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des Modellsubstrats in der Abscheidekammer. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet das Herausbilden einer ersten Siliziumschicht auf dem Modellsubstrat, der ersten Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, das Herausbilden einer zweiten Siliziumschicht auf der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht, der dritten Siliziumschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und das Herausbilden einer festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, der festen Dotierschicht des ersten Leitfähigkeitstyps.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Herausbilden der ersten Siliziumschicht, das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht und das Herausbilden der dritten Siliziumschicht die Abscheidung von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius und das Herausbilden der festen Dotierschicht umfasst die Abscheidung bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–1.000 Grad Celsius.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Laden des Modellsubstrats in die Abscheidekammer das Laden in die Abscheidekammer bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius und das Herausbilden der festen Dotierschicht umfasst die Abscheidung bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius und das Verfahren beinhaltet weiterhin, unmittelbar auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht folgend, das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Herausbilden der dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als eine Einkristall-Siliziumschicht auf der zweiten Siliziumschicht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Herausbilden der ersten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³, das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht umfasst das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ und das Herausbilden der dritten Siliziumschicht umfasst das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Herausbilden der ersten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern, das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht umfasst das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 10–100 Mikrometern und das Herausbilden der dritten Siliziumschicht umfasst das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometer.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Abscheideverfahren außerdem das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht, worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als einer Einkristall-Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht umfasst.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Herausbilden der dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht die Abscheidung der dünnen Oxidschicht oder das thermische Wachstum der dünnen Oxidschicht.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren außerdem, folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer und, folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer, das Treiben der Dotiermittel aus der festen Dotierschicht in Bereiche der dritten Siliziumschicht.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren außerdem, folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer und, folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer, das Entfernen der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht und der dritten Siliziumschicht vom Modellsubstrat als einen einheitlichen Materialstapel.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren außerdem, folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer und, folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer, das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur über der dritten Siliziumschicht.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Abscheidungsverfahren außerdem das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht, das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht umfasst das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als eine polykristalline Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht, das Herausbilden der ersten Siliziumschicht und das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht umfasst das Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, das Herausbilden der dritten Siliziumschicht umfasst das Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius und das Herausbilden der festen Dotierschicht umfasst das Abscheiden bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–1.000 Grad Celsius.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Laden eines porösen Siliziumsubstrats in eine Abscheidekammer bei einer Kammertemperatur etwas im Bereich von 400–800 Grad Celsius und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des porösen Siliziumsubstrats in der Abscheidekammer. Das Abscheidungsverfahren beinhaltet das Herausbilden einer ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf dem porösen Siliziumsubstrat bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die erste n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern hat, das Herausbilden einer zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der ersten, n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die zweite n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ und einer Dicke im Bereich von 10–100 Mikrometern hat, das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht, das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die p-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ hat, sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometer, das Herausbilden einer Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) auf der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius und, folgend auf das Herausbilden der PSG-Schicht, das Entfernen des porösen Siliziumsubstrats aus der Abscheidekammer und das darauffolgende Ausführen eines Verfahrens. Das Verfahren beinhaltet das Treiben der Phosphor-Dotiermittel aus der PSG-Schicht in Bereiche der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht, das Entfernen der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht, der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht und der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht als einen einheitlichen Materialstapel vom porösen Siliziumsubstrat sowie das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur über der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Treiben von Phosphor-Dotiermitteln aus der PSG-Schicht in Bereiche der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht die Laserbestrahlung von Abschnitten der PSG-Schicht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Entfernen des einheitlichen Materialstapels für die Solarzelle die Bereitstellung der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht als eine lichtempfangende Oberfläche der Solarzelle. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Texturieren der lichtempfangenden Oberfläche der Solarzelle.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet eine Solarzelle ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer Rückseite, eine dünne dielektrische, auf der Rückseite des Substrats angeordnete Schicht, eine erste Einkristall-Siliziumemitterzone, die auf einem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht angeordnet und mit einer Verunreinigung eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, eine zweite Einkristall-Siliziumemitterzone, die auf einem zweiten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht neben der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone angeordnet ist, die zweite Einkristall-Siliziumemitterzone, dotiert mit einer Verunreinigung eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und einen p-n-Übergang zwischen der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone und der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone.
Bei einer Ausführungsform umfasst die erste Einkristall-Siliziumemitterzone außerdem die Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps.
Bei einer Ausführungsform ist die Gesamtkonzentration der Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone um etwa eine Größenordnung größer als die Gesamtkonzentration der Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone und der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone.
Bei einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle weiterhin eine erste leitfähige Kontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone verbunden ist, und eine zweite leitfähige Kontaktstruktur, die elektrisch mit der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone verbunden ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei das Verfahren umfasst: das Laden eines Modellsubstrats in eine Abscheidekammer und das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens bei Verbleib des Modellsubstrats in der Abscheidekammer, das Ausführen eines Abscheideverfahrens, das umfasst: das Herausbilden einer ersten Siliziumschicht auf dem Modellsubstrat, der ersten Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; das Herausbilden einer zweiten Siliziumschicht auf der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht des ersten Leitfähigkeitstyps; das Herausbilden einer dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht, der dritten Siliziumschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und das Herausbilden einer festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht, der festen Dotierschicht des ersten Leitfähigkeitstyps.
Verfahren aus Patentanspruch 1, worin das Herausbilden der ersten Siliziumschicht, das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht und das Herausbilden der dritten Siliziumschicht die Abscheidung von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius umfasst und worin das Herausbilden der festen Dotierschicht die Abscheidung bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–1.000 Grad Celsius umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 2, worin das Laden des Modellsubstrats in die Abscheidekammer das Laden in die Abscheidekammer bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius umfasst und worin das Herausbilden der festen Dotierschicht die Abscheidung bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren: das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer unmittelbar nach dem Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht.
Verfahren von Patentanspruch 1, worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als eine Einkristall-Siliziumschicht auf der zweiten Siliziumschicht umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 1, worin das Herausbilden der ersten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ umfasst, worin das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ umfasst und worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 1, worin das Herausbilden der ersten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern umfasst, worin das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden einer n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 10–100 Mikrometern umfasst und worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht mit einer Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometer umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 1, das Abscheidungsverfahren weiterhin umfassend: das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht, worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als einer Einkristall-Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 7, worin das Herausbilden der dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht die Abscheidung der dünnen Oxidschicht oder das thermische Wachstum der dünnen Oxidschicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht und das Treiben der Dotiermittel aus der festen Dotierschicht in Bereiche der dritten Siliziumschicht, folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht und Entfernen der ersten Siliziumschicht, der zweiten Siliziumschicht und der dritten Siliziumschicht als einheitlicher Materialstapel für eine Solarzelle vom Modellsubstrat, folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer folgend auf das Herausbilden der festen Dotierschicht auf der dritten Siliziumschicht und folgend auf das Entfernen des Modellsubstrats aus der Abscheidekammer das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur über der dritten Siliziumschicht.
Verfahren von Patentanspruch 1, das Abscheidungsverfahren weiterhin umfassend: das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten Siliziumschicht, worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht über der zweiten Siliziumschicht das Herausbilden der dritten Siliziumschicht als eine polykristalline Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht umfasst, worin das Herausbilden der ersten Siliziumschicht und das Herausbilden der zweiten Siliziumschicht das Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius umfasst, worin das Herausbilden der dritten Siliziumschicht das Abscheiden von Silizium bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius umfasst und worin das Herausbilden der festen Dotierschicht das Abscheiden bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–1.000 Grad Celsius umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei das Verfahren umfasst: das Laden eines porösen Siliziumsubstrats in eine Abscheidekammer bei einer Kammertemperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad Celsius und bei Verbleib des porösen Siliziumsubstrats in der Abscheidekammer das Ausführen eines Abscheidungsverfahrens umfassend: das Herausbilden einer ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf dem porösen Siliziumsubstrat bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die erste n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–10 Mikrometern hat; das Herausbilden einer zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die zweite n-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Phosphorkonzentration etwa im Bereich von 1E14–1E17 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 10–100 Mikrometern hat; das Herausbilden einer dünnen Oxidschicht auf der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht; das Herausbilden einer p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht auf der dünnen Oxidschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 1.000–1.300 Grad Celsius, wobei die p-leitende Einkristall-Siliziumschicht eine Borkonzentration etwa im Bereich von 1E18–1E20 Atomen/cm³ sowie eine Dicke etwa im Bereich von 0,1–1 Mikrometer hat; das Herausbilden einer Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) auf der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht bei einer Temperatur etwa im Bereich von 400–800 Grad und folgend auf das Herausbilden der PSG-Schicht das Entfernen des porösen Siliziumsubstrats aus der Abscheidekammer und folgend das Ausführen eines Verfahrens umfassend: Treiben von Phosphordotiermitteln aus der PSG-Schicht in Bereiche der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht; das Entfernen der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht, der zweiten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht und der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht von dem porösen Siliziumsubstrat als einheitlicher Materialstapel für eine Solarzelle und das Herausbilden einer Metallisierungsstruktur über der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht.
Verfahren von Patentanspruch 13, worin das Treiben von Phosphor-Dotiermitteln aus der PSG-Schicht in Bereiche der p-leitenden Einkristall-Siliziumschicht die Laserbestrahlung von Abschnitten der PSG-Schicht umfasst.
Verfahren von Patentanspruch 13, worin das Entfernen des einheitlichen Materialstapels für die Solarzelle die Bereitstellung der ersten n-leitenden Einkristall-Siliziumschicht als eine lichtempfangende Oberfläche der Solarzelle umfasst. Das Verfahren umfasst außerdem: das Texturieren der lichtempfangenden Oberfläche der Solarzelle.
Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 13.
Solarzelle, umfassend: ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer Rückseite; eine dünne dielektrische Schicht, angeordnet auf der Rückseite des Substrats; eine erste Einkristall-Siliziumemitterzone, angeordnet auf einem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht und mit einer Verunreinigung eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert; eine zweite Einkristall-Siliziumemitterzone, angeordnet auf einem zweiten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht, folgend auf die auf dem ersten Abschnitt der dünnen dielektrischen Schicht angeordnete erste Einkristall-Siliziumemitterzone, die zweite Einkristall-Siliziumemitterzone, dotiert mit einer Verunreinigung eines zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps und ein p-n-Übergang zwischen der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone und der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone.
Solarzelle von Patentanspruch 17, worin die erste Einkristall-Siliziumemitterzone außerdem die Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst.
Solarzelle von Patentanspruch 18, worin die Gesamtkonzentration der Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps in der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone um etwa eine Größenordnung größer ist als die Gesamtkonzentration der Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone und der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone.
Solarzelle nach Anspruch 17, ferner umfassend: eine erste leitfähige Kontaktstruktur, elektrisch verbunden mit der ersten Einkristall-Siliziumemitterzone und eine zweite leitfähige Kontaktstruktur, elektrisch verbunden mit der zweiten Einkristall-Siliziumemitterzone.