DE202010018510U1 - Solarzelle - Google Patents

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Abstract

Solarzelle umfassend:
ein Silizium-Substrat (110),
eine vordere Passivierungsschicht (191) und einen Vorderseiten-Feldbereich (171) auf einer Vorderseite des Substrats,
eine Antireflexionsschicht (130) auf dem Vorderseiten-Feldbereich,
eine Mehrzahl Emitter-Bereiche (121) und eine Mehrzahl Rückseiten-Feldbereiche (172) auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Emitter-Bereiche und die Rückseiten-Feldbereiche gegenseitigen Abstand haben,
je eine Mehrzahl erster und zweiter hinterer Passivierungsschichten (1923, 1924) auf der Rückseite des Substrats, wobei eine erste hintere Passivierungsschicht zwischen dem Substrat und jedem der Emitter-Bereiche sowie zwischen dem Substrat und jedem der Rückseiten-Feldbereiche angeordnet ist und eine zweite hintere Passivierungsschicht jeweils zwischen einem der Emitter-Bereiche und einem der Rückseiten-Feldbereiche angeordnet ist,
wobei die zweiten hinteren Passivierungsschichten eine andere Dicke als die ersten hinteren Passivierungsschichten besitzen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Solarzelle.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Da man erwartet, dass vorhandene Energiequellen wie Erdöl und Kohle aufgebraucht werden, steigt in letzter Zeit das Interesse an alternativen Energiequellen zum Ersatz der vorhandenen Energiequellen. Unter den alternativen Energiequellen sind insbesondere Solarzellen zur Erzeugung elektrischer Energie aus Sonnenenergie in den Blickpunkt gerückt.
  • Eine Solarzelle umfasst im Allgemeinen Halbleiterbauteile, die unterschiedliche Leitfähigkeitstypen, wie zum Beispiel einen p- und n-Typ, besitzen und einen p-n-Übergang bilden, und Elektroden, die jeweils mit den Halbleiterbauteilen der unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen verbunden sind.
  • Wenn Licht auf die Solarzelle einfällt, wird eine Vielzahl von Elektron-Loch-Paaren in den Halbleiterbauteilen erzeugt. Die Elektron-Loch-Paare werden durch den photovoltaischen Effekt in Elektronen und Löcher getrennt. Somit bewegen sich die getrennten Elektronen zu dem n-Halbleiter und bewegen sich die getrennten Löcher zu dem p-Halbleiter und die Elektronen und Löcher werden dann von den Elektroden gesammelt, die jeweils mit dem n-Halbleiter und dem p-Halbleiter elektrisch verbunden sind. Die Elektroden sind unter Verwendung elektrischer Drähte miteinander verbunden, um dadurch elektrische Energie zu erhalten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Unter einem Gesichtspunkt umfasst eine Solarzelle ein Substrat, welches erste Störstellen eines ersten Leitfähigkeitstyps enthält und von einem kristallinen Halbleiter gebildet ist, einen ersten Feldbereich, welcher auf einer Einfallsfläche des Substrats angeordnet ist und zweite Störstellen eines zweiten Leitfähigkeitstyps enthält, einen Emitterbereich, welcher dritte Störstellen eines dritten Leitfähigkeitstyps enthält, von einem nicht kristallinen Halbleiter gebildet ist und auf einer der Einfallsfläche des Substrats entgegengesetzten Nichteinfallsfläche des Substrats angeordnet ist, eine erste Elektrode, welche elektrisch mit dem Emitterbereich verbunden ist, und eine zweite Elektrode, welche elektrisch mit dem Substrat verbunden ist.
  • Die Solarzelle kann ferner eine zwischen dem Substrat und dem ersten Feldbereich angeordnete erste Passivierungsschicht umfassen.
  • Eine Konzentration der in dem ersten Feldbereich enthaltenen zweiten Störstellen kann größer als eine Konzentration der in dem Substrat enthaltenen ersten Störstellen sein. Die Konzentration der in dem ersten Feldbereich enthaltenen zweiten Störstellen kann angenähert 1 × 1016 Atome/cm3 bis 1 × 1021 Atome/cm3 betragen.
  • Der erste Feldbereich kann eine Dicke von angenähert 1 nm bis 20 nm besitzen.
  • Eine Konzentration der in dem ersten Feldbereich enthaltenen zweiten Störstellen kann sich über eine Dicke des ersten Feldbereichs ändern. Die Konzentration der in dem ersten Feldbereich enthaltenen zweiten Störstellen kann von einer Kontaktfläche zwischen der ersten Passivierungsschicht und dem ersten Feldbereich zu einer Oberseite des ersten Feldbereichs zunehmen. Eine minimale Konzentration der in dem ersten Feldbereich enthaltenen zweiten Störstellen kann angenähert 1 × 1010 Atome/cm3 betragen und eine maximale Konzentration der zweiten Störstellen des ersten Feldbereichs kann angenähert 1 × 1021 Atome/cm3 betragen.
  • Der erste Feldbereich kann eine Dicke von 3 nm bis 30 nm besitzen.
  • Der erste Feldbereich kann aus amorphem Silizium, amorphem Siliziumoxid oder amorphem Siliziumcarbid gebildet sein.
  • Die erste Passivierungsschicht kann aus intrinsischem amorphem Silizium gebildet sein.
  • Die Solarzelle kann ferner einen zweiten Feldbereich umfassen, welcher auf der Nichteinfallsfläche des Substrats getrennt von dem Emitterbereich angeordnet ist. Der zweite Feldbereich kann denselben Leitfähigkeitstyp wie der erste Feldbereich besitzen.
  • Der erste Leitfähigkeitstyp kann derselbe sein wie der zweite Leitfähigkeitstyp und kann entgegensetzt zu dem dritten Leitfähigkeitstyp sein.
  • Die Solarzelle kann ferner eine Antireflexionsschicht, welche unmittelbar auf dem ersten Feldbereich angeordnet ist, umfassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die beigefügten Zeichnungen, die enthalten sind, um ein weiteres Verständnis der Erfindung bereitzustellen und in diese Beschreibung aufgenommen sind und einer Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen:
  • ist 1 eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • ist 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1;
  • zeigen 3A bis 3J aufeinanderfolgend jeden der Schritte in einem Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten Solarzelle;
  • ist 4 eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • ist 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 4;
  • ist 6 eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
  • ist 7 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII aus 6; und
  • zeigt 8 schematisch einen Energiebandlückenzustand eines Substrats, wenn ein vorderer Oberflächenfeldbereich nicht auf dem Substrat angeordnet ist, und einen Energiebandlückenzustand des Substrats, wenn der Vorderseitenfeldbereich auf dem Substrat angeordnet ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindungen gezeigt sind, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
  • In den Zeichnungen ist die Dicke von Schichten, Filmen, Platten, Bereichen usw. zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der ganzen Beschreibung gleiche Elemente. Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als ”auf” einem anderen Element bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element sein kann oder dazwischenliegende Elemente ebenfalls vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu gibt es, wenn ein Element als ”direkt auf” einem anderen Element bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente. Weiterhin versteht es sich, dass, wenn ein Element wie zum Beispiel eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als ”vollständig” auf einem anderen Element bezeichnet wird, es auf der gesamten Oberfläche des anderen Elements sein kann und nicht auf einem Teil einer Kante des anderen Elements sein kann.
  • Nun wird ausführlich auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
  • Eine Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II aus 1.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt umfasst eine Solarzelle 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Substrat 110, eine vordere Passivierungsschicht 191, die auf einer Einfallsfläche (nachfolgend als eine ”Vorderseite” bezeichnet) des Substrats 110, auf welches Licht einfällt, ein Vorderseitenfeld-(FSF; Front Surface Field)Bereich 171, der auf der vorderen Passivierungsschicht 191 angeordnet ist, eine Antireflexionsschicht 130, die auf dem FSF-Bereich 171 angeordnet ist, eine hintere Passivierungsschicht 192, die auf einer Oberfläche (nachfolgend als eine ”Rückseite” bezeichnet wird) des Substrats 110, auf der das Licht nicht einfällt, gegenüber der Vorderseite des Substrats 110 angeordnet ist, eine Vielzahl von Emitterbereichen 121, die auf der hinteren Passivierungsschicht 192 angeordnet sind, eine Vielzahl von Rückseitenfeldbereichen-(BSF; Back Surface Field)Bereichen 172, die auf der hinteren Passivierungsschicht 192 so angeordnet sind, dass sie von der Vielzahl von Emitterbereichen 121 getrennt sind, und ein Elektrodenteil 140, das eine Vielzahl von ersten Elektroden 141, die jeweils auf der Vielzahl von Emitterbereichen 121 angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Elektroden 142, die jeweils auf der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 angeordnet ist, umfasst.
  • Das Substrat 110 ist ein Halbleitersubstrat, das aus Silizium von einem ersten Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel Silizium vom n-Typ, gebildet ist, obwohl dies nicht erforderlich ist. Silizium, das in dem Substrat 110 verwendet wird, kann kristallines Silizium sein, wie zum Beispiel einkristallines Silizium und polykristallines Silizium. Wenn das Substrat 110 von einem n-Typ ist, wird das Substrat 110 mit Störstellen eines Elementes der Gruppe V wie Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) dotiert. Alternativ kann das Substrat 110 von einem p-Typ sein und/oder aus anderen Halbleitermaterialien als Silizium gebildet sein. Wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist, wird das Substrat 110 mit Störstellen eines Elements der Gruppe III wie Bor (B), Gallium (Ga) und Indium (In) dotiert.
  • Die Vorderseite des Substrats 110 kann strukturiert sein, um eine strukturierte Oberfläche zu bilden, die einer unebenen Oberfläche entspricht oder unebene Eigenschaften aufweist. Der Einfachheit halber zeigt 1, dass nur ein Randabschnitt des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche aufweist und nur Randabschnitte der vorderen Passivierungsschicht 191, der FSF-Bereich 171 und die Antireflexionsschicht 130 auf der Vorderseite des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche aufweisen. Jedoch hat wirklich die gesamte Vorderseite des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche und somit haben die vordere Passivierungsschicht 191, der FSF-Bereich 171 und die Antireflexionsschicht 130 auf der Vorderseite des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche.
  • Die Rückseite sowie die Vorderseite des Substrats 110 können eine strukturierte Oberfläche aufweisen. In diesem Fall können alle von der hinteren Passivierungsschicht 192, der Vielzahl von Emitterbereichen 121, der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 und dem auf der Rückseite des Substrats 110 angeordneten Elektrodenteil 140 eine unebene Oberfläche aufweisen.
  • Die vordere Passivierungsschicht 191 auf der Vorderseite des Substrats 110 ist aus intrinsischem amorphem Silizium (a-Si) gebildet. Die vordere Passivierungsschicht 191 führt einen Passivierungsvorgang aus, der einen Defekt, zum Beispiel ungesättigte Bindungen (sogenannte ”dangling bonds”), die auf der Oberfläche des Substrats 110 und rund um die Oberfläche des Substrats 110 vorhanden sind, in stabile Bindungen umwandelt, um dadurch eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von Trägern, die sich, aus dem Defekt resultierend, zu der vorderen Oberfläche des Substrats 110 bewegen, zu verhindern oder zu verringern. Daher verringert die vordere Passivierungsschicht 191 eine Verlustmenge von Trägern, die auf Grund des Defekts auf oder rund um die Oberfläche des Substrats 110 verschwinden.
  • Im Allgemeinen liegt der Defekt hauptsächlich auf oder rund um die Oberfläche des Substrats 110 vor. Somit wird in der Ausführungsform der Erfindung, da die vordere Passivierungsschicht 191 die Oberfläche des Substrats 110 direkt kontaktiert, ein Passivierungseffekt weiter verbessert. Daher wird eine Verlustmenge an Trägern weiter verringert.
  • Bei der Ausführungsform der Erfindung kann die vordere Passivierungsschicht 191 eine Dicke von angenähert 1 nm bis 20 nm aufweisen. Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder größer als angenähert 1 nm ist, kann der Passivierungsvorgang gut durchgeführt werden, da die vordere Passivierungsschicht 191 gleichmäßig auf die Vorderseite des Substrats 110 aufgebracht wird. Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder kleiner als angenähert 20 nm ist, wird eine in der vorderen Passivierungsschicht 191 absorbierte Lichtmenge verringert. Somit kann eine in das Substrat 110 einfallende Lichtmenge zunehmen.
  • Der FSF-Bereich 171 auf der vorderen Passivierungsschicht 191 ist ein Störstellenbereich, der stärker mit Störstellen desselben Leitfähigkeitstyps (zum Beispiel des n-Typs) wie das Substrat 110 dotiert ist als das Substrat 110. In der Ausführungsform der Erfindung kann eine Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 mindestens angenähert 1 × 1010 Atome/cm3 betragen und kann höchstens angenähert 1 × 1021 Atome/cm3 betragen. Der FSF-Bereich 171 kann aus amorphem Silizium, amorphem Siliziumoxid (a-SiOx) oder amorphem Siliziumcarbid (a-SiC) gebildet sein.
  • Die Bewegung von Trägern (zum Beispiel Löchern) zu der Vorderseite des Substrats 110 wird durch eine Potentialbarriere verhindert oder verringert, die sich aus einer Differenz zwischen Störstellenkonzentrationen des Substrats 110 und des FSF-Bereich 171 ergibt. Somit wird ein Vorderseitenfeldeffekt erhalten, indem die Träger, die sich zu der Vorderseite des Substrats 110 bewegen, zu der Rückseite des Substrats 110 durch die Potentialbarriere zurückgeführt werden. Daher nimmt eine Ausgabemenge von Trägern, die an eine externe Vorrichtung ausgegeben wird, zu und eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von Trägern an der Vorderseite des Substrats 110 wird verhindert oder verringert.
  • Im Allgemeinen liegen Energiebandlücken von amorphem Siliziumoxid (a-SiOx) und amorphem Siliziumcarbid (a-SiC) jeweils bei angenähert 2,1 eV bzw. 2,8 eV. Die Energiebandlücken sind breiter als amorphes Silizium mit einer Energiebandlücke von angenähert 1,7 eV bis 1,9 eV. Wenn der FSF-Bereich 171 aus amorphem Siliziumoxid (a-SiOx) oder amorphem Siliziumcarbid (a-SiC) gebildet ist, nimmt daher ein Wellenlängenbereich des im FSF-Bereich 171 absorbierten Lichts ab. Somit nimmt eine in dem FSF-Bereich 171 absorbierte Lichtmenge ab und eine auf das Substrat 110 einfallende Lichtmenge nimmt weiter zu.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ändert sich die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 kontinuierlich oder diskontinuierlich im Bereich von angenähert 1 × 1010 Atomen/cm3 bis 1 × 1021 Atomen/cm3 entlang (oder in) einer Dickenrichtung oder ist im Wesentlichen gleichmäßig im Bereich von angenähert 1 × 1016 Atomen/cm3 bis 1 × 1021 Atomen/cm3 entlang (oder in) der Dickenrichtung.
  • Wenn sich die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 im Bereich von etwa 1 × 1010 Atomen/cm3 bis 1 × 1021 Atomen/cm3 entlang der Dickenrichtung ändert, führt ein Teil des FSF-Bereichs 171 den Passivierungsvorgang in derselben Weise wie die vorderen Passivierungsschicht 191 aus. In diesem Fall ändert sich die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 von einer Störstellenkonzentration an einem an die vordere Passivierungsschicht 191 angrenzenden Abschnitt des FSF-Bereichs 171 zu einer Störstellenkonzentration an einem an die Antireflexionsschicht 130 angrenzenden Abschnitt des FSF-Bereichs 171.
  • Zum Beispiel nimmt im FSF-Bereich 171, der näher an der vorderen Passivierungsschicht 191 ist, die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 ab. Im Gegensatz dazu nimmt im FSF-Bereich 171, der näher an der Antireflexionsschicht 130 ist, die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 zu. Ein Abschnitt des FSF-Bereichs 171, der in einem kürzesten Abstand zwischen dem an die vordere Passivierungsschicht 191 angrenzenden Abschnitt des FSF-Bereichs 171 und der Oberfläche des Substrats 110 angeordnet ist, weist eine minimale Störstellenkonzentration auf. Ein Teil des FSF-Bereichs 171, der in einem kürzesten Abstand zwischen dem an die Antireflexionsschicht 130 angrenzenden Abschnitt des FSF-Bereichs 171 und der Oberfläche des Substrats 110 angeordnet ist, weist eine maximale Störstellenkonzentration auf. In diesem Fall werden die zwei kürzesten Abstände von demselben Abschnitt oder derselben Position des Substrats 110 gemessen.
  • Dementsprechend beträgt die minimale Störstellenkonzentration angenähert 1 × 1010 Atome/cm3 und die maximale Störstellenkonzentration beträgt angenähert 1 × 1021 Atome/cm3 im FSF-Bereich 171.
  • Da in diesem Fall der FSF-Bereich 171 sowohl den Passivierungsvorgang als auch einen Vorderseitenfeldvorgang durchführt, muss eine Dicke des FSF-Bereichs 171 größer sein als eine Dicke des FSF-Bereichs, wenn der FSF-Bereich nur den Vorderseitenfeldvorgang durchführt. Ferner kann sich eine Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 leicht verringern. In diesem Fall kann die vordere Passivierungsschicht 191 eine Dicke von angenähert 1 nm bis 10 nm besitzen und der FSF-Bereich 171 kann eine Dicke von angenähert 3 nm bis 30 nm besitzen.
  • Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder größer als angenähert 1 nm ist, kann die Passivierungseffizienz weiter zunehmen, da die vordere Passivierungsschicht 191 gleichmäßig auf die Vorderseite des Substrats 110 aufgebracht wird. Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder kleiner als angenähert 10 nm ist, kann eine auf das Substrat 110 auftreffende Lichtmenge weiter zunehmen, weil die vordere Passivierungsschicht 191 den Passivierungsvorgang ohne die Absorption von Licht in der vorderen Passivierungsschicht 191 durchführt.
  • Wenn die Dicke des FSF-Bereichs 171 gleich oder größer als angenähert 3 nm ist, kann der FSF-Bereich 171 eine Feldstärke erzeugen, die in der Lage ist, den Vorderseitenfeldvorgang stabil durchzuführen, selbst wenn ein Abschnitt des FSF-Bereichs 171 den Passivierungsvorgang durchführt. Ferner kann der FSF-Bereich 171 unabhängig von der Anwesenheit der vorderen Passivierungsschicht 191, die zwischen dem Substrat 110 und dem FSF-Bereich 171 angeordnet ist und sich ungünstig auf eine Feldstärke auswirkt, die auf das Substrat 110 wirkt (oder darauf angewendet wird), ein elektrisches Feld mit einer normalen Größe bilden, wodurch der Vorderseitenfeldvorgang stabil ausgeführt wird. Wenn die Dicke des FSF-Bereichs 171 gleich oder kleiner als angenähert 30 nm ist, kann eine auf das Substrat 110 auftreffende Lichtmenge weiter zunehmen, weil der FSF-Bereich 171 den Vorderseitenfeldvorgang ohne die Absorption von Licht in dem FSF-Bereich 171 ausführt.
  • Wenn alternativ der FSF-Bereich 171 im Wesentlichen die gleichförmige Störstellenkonzentration aufweist, kann die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 ungeachtet von Änderungen in der Dicke des FSF-Bereichs 171 im Wesentlichen gleichförmig sein. In diesem Fall muss, da der FSF-Bereich 171 hauptsächlich den Vorderseitenfeldvorgang für den Vorderseitenfeldeffekt im Vergleich zu dessen Passivierungsbetrieb ausführt, der FSF-Bereich 171 die Störstellenkonzentration aufweisen, die in der Lage ist, den Vorderseitenfeldvorgang unter Verwendung der Differenz zwischen den Störstellenkonzentrationen des Substrats 110 und des FSF-Bereichs 171 gleichmäßig auszuführen.
  • Wenn der FSF-Bereich 171 hauptsächlich den Vorderseitenfeldvorgang ausführt, muss die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 dementsprechend größer sein als die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171, wenn der Bereich des FSF-Bereichs 171 den Passivierungsvorgang durchführt. Ferner kann die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 größer sein als die Störstellenkonzentration des Substrats 110. In der vorliegenden Ausführungsform weist der FSF-Bereich 171 im Wesentlichen die gleichförmige Störstellenkonzentration auf, die zu dem Bereich von angenähert 1 × 1016 Atomen/cm3 bis 1 × 1021 Atome/cm3 gehört.
  • Wenn der FSF-Bereich 171 im Vergleich zum Passivierungsvorgang hauptsächlich den Vorderseitenfeldvorgang ausführt, kann die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191, die unter dem FSF-Bereich 171 liegt, zum Zwecke des stabilen Passivierungsvorgangs geringfügig zunehmen und die Dicke des FSF-Bereichs 171 kann geringfügig abnehmen, da der FSF-Bereich 171 hauptsächlich den Vorderseitenfeldvorgang ausführt. Daher kann die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 angenähert 2 nm bis 20 nm betragen und kann die Dicke des FSF-Bereichs 171 angenähert 1 nm bis 20 nm betragen.
  • Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder größer als angenähert 2 nm ist, kann der auf oder rund um die Oberfläche des Substrats 110 bestehende Defekt vollständig entfernt werden, indem nur die vordere Passivierungsschicht 191 verwendet wird. Somit kann die vordere Passivierungsschicht 191 den Passivierungsvorgang hervorragend durchführen. Wenn die Dicke der vorderen Passivierungsschicht 191 gleich oder kleiner als angenähert 20 nm ist, kann eine auf das Substrat 110 einfallende Lichtmenge weiter zunehmen, da die vordere Passivierungsschicht 191 den Passivierungsvorgang ohne die Absorption von Licht in der vorderen Passivierungsschicht 191 durchführt.
  • Wenn die Dicke des FSF-Bereichs 171 gleich oder größer als angenähert 1 nm ist, kann der FSF-Bereich 171 ein elektrisches Feld mit der normalen Größe unabhängig von der Anwesenheit der vorderen Passivierungsschicht 191 bilden, die zwischen dem Substrat 110 und dem FSF-Bereich 171 angeordnet ist, und welche die elektrische Feldstärke, die auf das Substrat 110 reagiert oder darauf angewendet wird, nachteilig beeinflusst, wodurch der Vorderseitenfeldvorgang stabil ausgeführt wird. Wenn die Dicke des FSF-Bereichs 171 gleich oder kleiner als angenähert 20 nm ist, kann eine auf das Substrat 110 einfallende Lichtmenge weiter zunehmen, da der FSF-Bereich 171 den Vorderseitenfeldvorgang ohne die Absorption von Licht im FSF-Bereich 171 ausführt.
  • Die Antireflexionsschicht 130 auf dem FSF-Bereich 171 verringert ein Reflexionsvermögen von auf die Solarzelle 1 einfallendem Licht und erhöht eine Selektivität eines vorbestimmten Wellenlängenbands, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 erhöht wird.
  • Die Antireflexionsschicht 130 kann aus Siliziumoxid (SiOx) und/oder Siliziumnitrid (SiNx) gebildet sein.
  • Ferner kann die Antireflexionsschicht 130 unter Verwendung eines transparenten Metalloxids gebildet werden, das aus mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Indiumzinnoxid (ITO; Indium Tin Oxide), Zinn-(Sn)basiertem Oxid (z. B. SfO2), Zink-(Zn)basiertem Oxid (zum Beispiel ZnO, ZnO:Al, ZnO:B und AZO) und einer Kombination davon gebildet ist. Eine transparente und isolierende Eigenschaft des transparenten Metalloxids variiert in Abhängigkeit vom Sauerstoff-(O2)Gehalt. Wenn nämlich der O2-Gehalt zunimmt, nimmt eine Transparenz des transparenten Metalloxids zu und eine Transmission nimmt zu. Wenn ferner der O2-Gehalt einen vorbestimmten Gehalt übersteigt, zeigt das transparente Metalloxid nichtleitende Eigenschaften, weil der spezifische Widerstand des transparenten Metalloxids auf einen unendlichen Wert ansteigt. Daher ändert sich das transparente Metalloxid in ein isolierendes Material. Dementsprechend ist das transparente Metalloxid gemäß der Ausführungsform der Erfindung ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO; Transparent Conductive Oxide) oder ein transparentes isolierendes Oxid (TIO; Transparent Insulating Oxide) in Abhängigkeit von dem O2-Gehalt.
  • Die Transparenz des transparenten Metalloxids ist größer als Transparenzen von Siliziumoxid (SiOx) und Siliziumnitrid (SiNx). Daher nimmt, wenn die Antireflexionsschicht 130 aus dem transparenten Metalloxid gebildet ist, eine in das Innere des Substrats 110 einfallende Lichtmenge weiter zu. Somit wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 weiter verbessert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform weist die Antireflexionsschicht 130 eine einschichtige Struktur auf, kann jedoch in anderen Ausführungsformen eine mehrschichtige Struktur wie zum Beispiel eine doppelschichtige Struktur aufweisen. Die Antireflexionsschicht 130 kann, falls gewünscht, weggelassen werden.
  • Die hintere Passivierungsschicht 192, die direkt auf die Rückseite des Substrats 110 angeordnet ist, führt den Passivierungsvorgang auf dieselbe Weise wie die vordere Passivierungsschicht 191 durch, wodurch eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von sich zu der Rückseite des Substrats 110 bewegenden Trägern verhindert oder verringert wird.
  • Die hintere Passivierungsschicht 192 kann in der gleichen Weise wie die vordere Passivierungsschicht 191 aus amorphem Silizium gebildet sein.
  • Die hintere Passivierungsschicht 192 weist eine Dicke bis zu einem Betrag auf, so dass Träger, die sich zur Rückseite des Substrats 110 bewegen, die hintere Passivierungsschicht 192 passieren können und sich zu den BSF-Bereichen 172 und den Emitterbereichen 121 bewegen können. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Dicke der hinteren Passivierungsschicht 192 angenähert 1 nm bis 10 nm betragen.
  • Wenn die Dicke der hinteren Passivierungsschicht 192 gleich oder größer als angenähert 1 nm ist, kann der Passivierungseffekt weiterhin erhalten werden oder kann größer sein, da die hintere Passivierungsschicht 192 gleichmäßig auf die Rückseite des Substrats 110 aufgebracht wird. Wenn die Dicke der hinteren Passivierungsschicht 192 gleich oder kleiner als angenähert 10 nm ist, wird eine Menge von das Substrat 110 passierendem Licht, das in der hinteren Passivierungsschicht 192 absorbiert wird, verringert. Daher kann eine ins Innere des Substrats 110 einfallende Menge von Licht weiter zunehmen.
  • Jeder aus der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 ist ein Störstellenbereich, der stärker mit Störstellen desselben Leitfähigkeitstyps wie das Substrat 110 als das Substrat 110 dotiert ist. Zum Beispiel kann jeder BSF-Bereich 172 ein Bereich vom Typ sein. sein.
  • Die mehreren BSF-Bereiche 172 erstrecken sich parallel zueinander auf der hinteren Passivierungsschicht 192 in einer festen Richtung und sind dabei voneinander zu trennen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die BSF-Bereiche 172 aus einem nichtkristallinen Halbleiter, wie zum Beispiel amorphem Silizium, gebildet.
  • Die BSF-Bereiche 172 verhindern oder verringern die Bewegung von Löchern zu den BSF-Bereichen 172, die als Bewegungspfad von Elektronen verwendet werden, durch eine Potentialbarriere, die sich aus der Differenz zwischen Störstellenkonzentrationen des Substrats 110 und der BSF-Bereiche 172 ergibt, in derselben Weise wie bei dem FSF-Bereich 171. Des Weiteren erleichtern die BSF-Bereiche 172 die Bewegung von Trägern (zum Beispiel Elektronen) zu den BSF-Bereichen 172. Somit verringern die BSF-Bereiche 172 eine Verlustmenge an Trägern durch eine Rekombination und/oder ein Verschwinden von Elektronen und Löchern in oder rund um die BSF-Bereiche 172 oder in dem Elektrodenteil 140 und beschleunigen die Bewegung von Elektronen zu den BSF-Bereichen 172, wodurch eine Menge an Elektronen, die sich zu den BSF-Bereichen 172 bewegen, erhöht wird.
  • Jeder BSF-Bereich 172 kann eine Dicke von angenähert 10 nm bis 25 nm besitzen. Wenn die Dicke des BSF-Bereichs 172 gleich oder größer als angenähert 10 nm ist, kann der BSF-Bereich 172 eine Potentialbarriere bilden, die ausreicht, um die Bewegung von Löchern zu dem BSF-Bereich 172 zu verhindern oder zu verringern, um dadurch eine Verlustmenge an Trägern weiter zu verringern. Wenn die Dicke des BSF-Bereichs 172 gleich oder kleiner als angenähert 25 nm ist, verringert der BSF-Bereich 172 weiter eine Lichtmenge, die in dem BSF-Bereich 172 absorbiert wird, um dadurch eine in das Innere des Substrats 110 einfallende Lichtmenge weiter zu erhöhen.
  • Die Vielzahl von Emitterbereichen 121 ist auf der Rückseite des Substrats 110 angeordnet, um von den BSF-Bereichen 172 getrennt zu werden und sich parallel zu den BSF-Bereichen 172 zu erstrecken.
  • Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist die Vielzahl von Emitterbereichen 121 und die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 abwechselnd auf der Rückseite des Substrats 110 angeordnet.
  • Jeder Emitterbereich 121 ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (zum Beispiel einem p-Typ) entgegengesetzt zu einem Leitfähigkeitstyp des Substrats 110. Jeder Emitterbereich 121 ist aus einem Halbleiter, zum Beispiel einem amorphen Silizium, das sich von dem Substrat 110 unterscheidet, gebildet. Somit bildet die Vielzahl von Emitterbereichen 121 und das Substrat 110 einen Heteroübergang sowie einen p-n-Übergang.
  • Eine Vielzahl von Elektron-Loch-Paaren, die durch auf das Substrat 110 einfallendes Licht erzeugt werden, wird durch eine eingebaute Potentialdifferenz, die sich aus dem p-n-Übergang zwischen dem Substrat 110 und den Emitterbereichen 121 ergibt, in Elektronen und Löcher getrennt. Dann bewegen sich die Elektronen zu dem n-Halbleiter und bewegen sich die getrennten Löcher zu dem p-Halbleiter. Wenn das Substrat 110 vom n-Typ ist und die Emitterbereiche 121 vom p-Typ sind, gehen die getrennten Löcher dann durch die hintere Passivierungsschicht 192 und bewegen sich zu den Emitterbereichen 121, und die abgetrennten Elektronen gehen durch die hintere Passivierungsschicht 192 und bewegen sich zu den BSF-Bereichen 172 mit der Störstellenkonzentration, die größer ist als die des Substrats 110.
  • Da das Substrat 110 und jeder Emitterbereich 121 den p-n-Übergang bilden, kann der Emitterbereich 121 vom n-Typ sein, wenn das Substrat 110 vom p-Typ ist, im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungsform. In diesem Fall gehen die abgetrennten Elektronen durch die hintere Passivierungsschicht 192 und bewegen sich zu den Emitterbereichen 121, und die abgetrennten Löcher gehen durch die hintere Passivierungsschicht 192 und bewegen sich zu den BSF-Bereichen 172.
  • Wenn die Vielzahl von Emitterbereichen 121 vom p-Typ sind, können die Emitterbereiche 121 mit Störstellen eines Elementes der Gruppe III dotiert sein. Im Gegensatz dazu können die Emitterbereiche 121, wenn die Emitterbereiche 121 vom n-Typ sind, mit Störstellen eines Elementes der Gruppe V dotiert sein.
  • Die Vielzahl von Emitterbereichen 121 kann den Passivierungsvorgang zusammen mit der hinteren Passivierungsschicht 192 durchführen. In diesem Fall wird eine Menge an Trägern, die an der Rückseite des Substrats 110 aufgrund des Defekts verschwinden, verringert, und somit wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 11 verbessert.
  • Jeder Emitterbereich 121 kann eine Dicke von 5 nm bis 15 nm besitzen. Wenn die Dicke des Emitterbereichs 121 gleich oder größer als angenähert 5 nm ist, kann der Emitterbereich 121 einen guten p-n-Übergang bilden. Wenn die Dicke des Emitterbereichs 121 gleich oder kleiner als angenähert 15 nm ist, wird eine in dem Emitterbereich 121 absorbierte Lichtmenge weiter verringert. Daher kann eine in das Innere des Substrats 110 einfallende Lichtmenge weiter zunehmen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Kristallisationsphänomen, das erhalten wird, wenn die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172 auf der hinteren Passivierungsschicht 192 angeordnet sind, weiter verringert als ein Kristallisationsphänomen, das erhalten wird, wenn die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172 direkt auf dem aus einem kristallinen Halbleitermaterial gebildeten Substrat 110 gebildet werden, da die hintere Passivierungsschicht 192 aus intrinsischem amorphem Silizium (a-Si) gebildet ist, in dem es keine Störstellen oder kaum Störstellen gibt. Daher werden die Eigenschaften der Emitterbereiche 121 und der BSF-Bereiche 172, die auf einer amorphen Siliziumschicht (d. h. der hinteren Passivierungsschicht 192) angeordnet sind, verbessert.
  • Die mehreren ersten Elektroden 141 auf den mehreren Emitterbereichen 121 erstrecken sich längs der Emitterbereiche 121 und sind elektrisch und physisch mit den Emitterbereichen 121 verbunden. Jede erste Elektrode 141 sammelt Träger (z. B. Löcher), die sich zu dem entsprechenden Emitterbereich 121 bewegen.
  • Die mehreren zweiten Elektroden 142 auf den mehreren BSF-Bereichen 172 erstrecken sich längs der BSF-Bereiche 172 und sind elektrisch und physisch mit den BSF-Bereichen 172 verbunden. Jede zweite Elektrode 142 sammelt Träger (zum Beispiel Elektronen), sie sich zu dem entsprechenden BSF-Bereich 172 bewegen.
  • In 1 und 2 haben die ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 die gleiche ebene Form oder Plattenform wie die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172, die unter den ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 liegen. Sie können jedoch unterschiedliche ebene Formen aufweisen. Wenn ein Kontaktbereich zwischen den Emitterbereichen 121 und den BSF-Bereichen 172 und den jeweiligen ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 zunimmt, nimmt ein Kontaktwiderstand dazwischen ab.
  • Folglich nimmt der Ladungsträgerwirkungsgrad der ersten und zweiten Elektrode 141 und 142 zu.
  • Die Vielzahl von ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 kann aus mindestens einem leitfähigen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Aluminium (Al), Zinn (Sn), Zink (Zn), Indium (In), Titan (Ti), Gold (Au), und einer Kombination davon gebildet sein. Andere leitfähige Materialien können verwendet werden. Da, wie oben beschrieben, die Vielzahl von ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 aus dem Metallmaterial gebildet ist, reflektiert die Vielzahl von ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 das durch das Substrat 110 hindurchgehende Licht auf das Substrat 110.
  • Die Solarzelle 1 mit der oben beschriebenen Struktur ist eine Solarzelle, in der die Vielzahl der ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 auf der Rückseite des Substrats 110, auf die kein Licht einfällt, angeordnet ist und das Substrat 110 und die Vielzahl von Emitterbereichen 121 aus verschiedenen Arten von Halbleitern gebildet sind. Ein Betrieb der Solarzelle 1 wird nachfolgend beschrieben.
  • Wenn Licht auf die Solarzelle 1 gestrahlt wird, der Reihe nach durch die Antireflexionsschicht 130, den FSF-Bereich 171 und die vordere Passivierungsschicht 191 hindurchgeht und auf das Substrat 110 einfällt, wird eine Vielzahl von Elektron-Loch-Paaren in dem Substrat 110 durch Lichtenergie auf der Grundlage des einfallenden Lichts erzeugt. Da in diesem Fall die Vorderseite des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche besitzt, wird ein Reflexionsvermögen an der Vorderseite des Substrats 110 verringert. Da ferner sowohl ein Lichteinfallsvorgang als auch ein Lichtreflexionsvorgang auf der strukturierten Oberfläche des Substrats 110 durchgeführt werden, nimmt eine Lichtabsorption zu und der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 wird verbessert. Da darüber hinaus ein Reflexionsverlust des auf das Substrat 110 einfallenden Lichtes durch die Antireflexionsschicht 130 verringert wird, nimmt darüber hinaus eine auf das Substrat 110 einfallende Lichtmenge weiter zu.
  • Die Elektron-Loch-Paare werden durch den p-n-Übergang des Substrats 110 und der Emitterbereiche 121 in Elektronen und Löcher getrennt, und die getrennten Löcher bewegen sich zu den Emitterbereichen 121 vom p-Typ und die abgetrennten Elektronen bewegen sich zu den BSF-Bereichen 172 vom n-Typ. Die Löcher, die sich zu den Emitterbereichen 121 vom p-Typ bewegen, werden durch die ersten Elektroden 141 gesammelt, und die Elektronen, die sich zu den BSF-Bereichen 172 vom n-Typ bewegen, werden von den zweiten Elektroden 142 gesammelt. Wenn die ersten Elektroden 141 und die zweiten Elektroden 142 miteinander unter Verwendung elektrischer Drähte verbunden werden, fließt Strom darin, um dadurch die Verwendung des Stroms für elektrische Energie zu ermöglichen.
  • Da ferner die Passivierungsschichten 192 und 191 sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Substrats 110 angeordnet sind, wird eine Verlustmenge von Trägern, die aufgrund des Defekts an und rund um die Vorderseite und die Rückseite des Substrats 110 verschwinden, verringert. Somit wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 verbessert. Da in diesem Fall die vordere Passivierungsschicht 191 sowie die hintere Passivierungsschicht 192 direkten Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 110, in welcher der Defekt häufig erzeugt wird, herstellen, wird der Passivierungseffekt weiter verbessert.
  • Ferner wird ein Verlustbetrag von Trägern weiter verringert, da der FSF-Bereich 171 und der BSF-Bereich 172 jeweils auf der Vorderseite und der Rückseite des Substrats 110 angeordnet sind, und somit wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 weiter verbessert.
  • Als nächstes wird eine Energiebandlücke, wenn die vordere Passivierungsschicht und der FSF-Bereich auf der Vorderseite der Solarzelle ausgebildet werden, und eine Energiebandlücke, wenn nur die vordere Passivierungsschicht auf der Vorderseite der Solarzelle ausgebildet wird, unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
  • 8(a) zeigt eine Energiebandlücke zwischen dem Substrat und der vorderen Passivierungsschicht, wenn nur die vordere Passivierungsschicht ohne den FSF-Bereich direkt auf dem Substrat angeordnet ist. 8(b) zeigt eine Energiebandlücke zwischen dem Substrat und der vorderen Passivierungsschicht und dem FSF-Bereich, wenn die vordere Passivierungsschicht und der FSF-Bereich nacheinander auf dem Substrat angeordnet werden.
  • Für eine Solarzelle zur Messung der in 8 gezeigten Energiebandlücke wird die vordere Passivierungsschicht aus intrinsischem amorphem Silizium (i-a-Si) mit einer Dicke von angenähert 20 nm gebildet, der FSF-Bereich wird aus amorphem Silizium vom n-Typ (n-a-Si) mit einer Dicke von angenähert 10 nm und einer Störstellenkonzentration von angenähert 1 × 1020 Atomen/cm3 gebildet und das Substrat wird aus polykristallinem Silizium vom n-Typ (n-c-Si) gebildet.
  • Wie in 8(a) gezeigt, wurde, wenn der FSF-Bereich nicht vorhanden ist, eine Energiebandlücke des Substrats (n-c-Si) geneigt. Daher bewegen sich Löcher H mit der Energiebandlückenscharakteristik, die sich von einem niedrigen Energieniveau zu einem hohen Energieniveau bewegt, hauptsächlich zu der vorderen Passivierungsschicht (i-a-Si), d. h. der Vorderseite des Substrats (n-c-Si), und ein Verlust von Löchern H trat zwischen dem Substrat (n-c-Si) und der vorderen Passivierungsschicht (i-a-Si) auf.
  • Wie in 8(b) gezeigt, wurde, wenn der FSF-Bereich (n-a-Si) vorlag, eine Energiebandlücke des Substrats (n-c-Si) aufgrund eines durch den FSF-Bereich (n-a-Si) gebildeten elektrischen Feldes nahezu parallel gehalten. Daher ist ein Richtungsverhalten von Löchern H, sich zur Vorderseite des Substrats (n-c-Si) zu bewegen, nicht vorhanden. Somit wurde ein Verlust an Löchern H, die zwischen dem Substrat (n-c-Si) und der vorderen Passivierungsschicht (i-a-Si) erzeugt wurden, stark verringert.
  • Wenn der FSF-Bereich nicht an der Vorderseite des Substrats vorhanden ist, beträgt der Kurzschlussstrom der Solarzelle angenähert 28,47 mA/cm3. Wenn der FSF-Bereich an der Vorderseite des Substrats vorhanden ist, beträgt ein Kurzschlussstrom der Solarzelle angenähert 35,05 mA/cm3. Das heißt, der Kurzschlussstrom der Solarzelle stieg um angenähert 30% an. Die in (a) und (b) von 8 gezeigten Solarzellen wurden unter den gleichen Bedingungen hergestellt, mit Ausnahme der Abwesenheit oder Anwesenheit des FSF-Bereichs. Wie oben wird ein Verlustbetrag an Trägern an der Rückseite des Substrats durch den Betrieb des FSF-Bereichs stark verringert und somit nimmt der Kurzschlussstrom der Solarzelle zu.
  • Ein Verfahren zur Herstellung der Solarzelle 1 gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3A bis 3J beschrieben.
  • 3A bis 3J zeigen aufeinanderfolgend jede der Stufen in einem Verfahren zur Herstellung der in 1 gezeigten Solarzelle.
  • Wie in 3A gezeigt wird eine Ätzstoppschicht 60, die aus Siliziumoxid (SiOx) usw. gebildet ist, auf der Oberfläche des Substrats 110 gebildet, die zum Beispiel aus Einkristall-Silizium vom n-Typ oder polykristallinem Silizium vom n-Typ gebildet ist.
  • Als nächstes wird, wie in 3B gezeigt, die Oberfläche (zum Beispiel die Einfallsfläche) des Substrats 110, auf der die Ätzstoppschicht 60 nicht ausgebildet ist, geätzt, während eine andere Oberfläche unter Verwendung der Ätzstoppschicht 60 als eine Maske geschützt wird, um eine strukturierte Oberfläche mit einer Vielzahl von unebenen Abschnitten auf der Vorderseite (zum Beispiel der Einfallsfläche) des Substrats 110 zu bilden. Wenn das Substrat 110 aus einkristallinem Silizium gebildet ist, kann die Vorderseite des Substrats 110 unter Verwendung einer basischen Lösung, wie zum Beispiel KOH, NaOH und Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) strukturiert werden. Andererseits kann, wenn das Substrat 110 aus polykristallinem Silizium gebildet ist, die Vorderseite des Substrats 110 unter Verwendung einer Säurelösung, wie zum Beispiel HF und HNO3, strukturiert werden.
  • Wenn sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite des Substrats 110 die strukturierte Oberfläche haben sollen, können die Vorderseite und die Rückseite des Substrats 110 einem Ätzmittel oder einem Ätzgas ausgesetzt werden, ohne die Ätzstoppschicht 60 zu bilden, um die strukturierte Oberfläche auf der Vorderseite und der Rückseite des Substrats 110 zu bilden.
  • Als nächstes wird, wie in 3C gezeigt, die vordere Passivierungsschicht 191, die aus amorphem Silizium gebildet wird, auf der Vorderseite (d. h. der strukturierten Oberfläche) des Substrats 110 unter Verwendung eines Schichtbildungsverfahrens, wie zum Beispiel eines plasmaverstärkten chemischen Gasabscheidungsverfahrens (PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), ausgebildet.
  • Als nächstes wird, wie in 3D gezeigt, der aus amorphem Silizium gebildete FSF-Bereich 171 auf der vorderen Passivierungsschicht 191 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. gebildet. Da in diesem Fall der FSF-Bereich 171 denselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 110 besitzt, wird ein Störstellendotierungsmaterial (z B. POCI3 oder H3PO4), das Störstellen eines Elements der Gruppe V wie zum Beispiel Phosphor (P) enthält, in eine Prozesskammer eingespritzt. Somit wird der FSF-Bereich 171 gebildet, der denselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 110 besitzt und eine Störstellenkonzentration besitzt, die größer als jene des Substrats 110 ist.
  • Der so gebildete FSF-Bereich 171 kann die gleichmäßige Störstellenkonzentration unabhängig von seiner Dicke aufweisen. In diesem Fall beträgt die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 etwa 1 × 1016 Atome/cm3 bis 1 × 1021 Atome/cm3. Eine Einspritzrate des in die Prozesskammer eingespritzten Störstellendotiermaterials zur Bildung des FSF-Bereichs 171 ist im Wesentlichen gleichmäßig.
  • Alternativ kann sich jedoch die Störstellenkonzentration des so gebildeten FSF-Bereichs 171 kontinuierlich oder diskontinuierlich über die Dicke des FSF-Bereichs 171 ändern. In diesem Fall ändert sich die Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171 im Bereich von angenähert 1 × 1010 Atome/cm3 bis 1 × 1021 Atome/cm3 über seine Dicke. Bei einer größeren Dicke des FSF-Bereichs 171 gibt es eine Zunahme der Störstellenkonzentration des FSF-Bereichs 171. Eine Einspritzrate des in die Prozesskammer eingespritzten Störstellendotierungsmaterials zur Bildung des FSF-Bereichs 171 nimmt mit der Zeit zu.
  • Als nächstes wird, wie in 3E gezeigt, die Antireflexionsschicht 130, die aus Siliziumoxid (SiOx) und/oder Siliziumnitrid (SiNx) gebildet wird, auf dem FSF-Bereich 171 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. ausgebildet.
  • Als nächstes wird, wie in 3F gezeigt, die Ätzstoppschicht 60, die auf der Rückseite des Substrats 110 ausgebildet ist, entfernt.
  • Als nächstes wird, wie in 3G gezeigt, die hintere Passivierungsschicht 192 auf der Rückseite des Substrats 110 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. ausgebildet. Die hintere Passivierungsschicht 192 ist aus amorphem Silizium usw. gebildet.
  • Als nächstes wird, wie in 3H gezeigt, nachdem eine Maske mit einer Vielzahl von Öffnungen auf der hinteren Passivierungsschicht 192 angeordnet wird, amorphes Silizium unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. abgeschieden, um die Vielzahl von Emitterbereichen 121 zu bilden. Wenn die Vielzahl von Emitterbereichen 121 gebildet wird, wird ein Störstellendotierungsmaterial (zum Beispiel B2H6), das Störstellen eines Gruppe III-Element wie zum Beispiel Bor (B) enthält, in eine Prozesskammer eingespritzt. Daher enthalten die Emitterbereiche 121 Störstellen eines Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt zu dem Leitfähigkeitstyp des Substrats 110. Somit wird der p-n-Übergang zwischen dem Substrat 110 und der Vielzahl von Emitterbereichen 121 gebildet. Da das Substrat 110 und die Emitterbereiche 121 aus verschiedenen Halbleitermaterialien gebildet werden, bilden das Substrat 110 und die Emitterbereiche 121 darüber hinaus den Heteroübergang.
  • Positionen der Vielzahl von Öffnungen entsprechen Abschnitten der hinteren Passivierungsschicht 192, auf der die Vielzahl von Emitterbereichen 121 ausgebildet wird, und somit legt die Vielzahl von Öffnungen die Abschnitte der hinteren Passivierungsschicht 192 frei, auf der die Vielzahl von Emitterbereichen 121 gebildet wird.
  • Als nächstes wird, wie in 3I gezeigt, nachdem eine Maske mit einer Vielzahl von Öffnungen auf der hinteren Passivierungsschicht 192 angeordnet ist, amorphes Silizium unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. abgeschieden, um die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 zu bilden. Da die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 durch Einspritzen eines Störstellendotierungsmaterials, das Störstellen eines Elementes der Gruppe V, wie zum Beispiel Phosphor (P), enthält, in die Prozesskammer gebildet werden, wird die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 zu Störstellenbereichen mit einer größeren Störstellenkonzentration als jene des Substrats 110.
  • In diesem Fall entsprechen Positionen der Vielzahl von Öffnungen Abschnitten der hinteren Passivierungsschicht 192, auf der die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 ausgebildet sind, und somit legt die Vielzahl von Öffnungen die Bereiche der hinteren Passivierungsschicht 192 frei, auf der die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 ausgebildet ist.
  • Die Bildungsreihenfolge der Emitterbereiche 121 und der BSF-Bereiche 172 kann variieren. Die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172 können unter Verwendung der folgenden Verfahren gebildet werden. Nachdem zum Beispiel eine lichtempfindliche Schicht gebildet wird und eine Photomaske auf der lichtempfindlichen Schicht angeordnet ist, wird die lichtempfindliche Schicht von Bereichen, auf denen die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172 gebildet werden, freigelegt. Somit wird ein gewünschter Abschnitt der hinteren Passivierungsschicht 192 freigelegt. Als ein Ergebnis wird die Vielzahl von Emitterbereichen 121 und die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 in dem freigelegten Abschnitt der hinteren Passivierungsschicht 192 gebildet. Nachdem eine Emitterschicht, zum Beispiel eine amorphe Siliziumschicht, die entsprechende Störstellen enthält, auf der hinteren Passivierungsschicht 192 ausgebildet ist, wird dann ein Abschnitt der Emitterschicht selektiv entfernt, um die Vielzahl von Emitterbereichen 121 auf der hinteren Passivierungsschicht 192 zu bilden. Nachdem eine BSF-Schicht, zum Beispiel eine amorphe Siliziumschicht, die entsprechende Störstellen enthält, auf der freigelegten hinteren Passivierungsschicht 192 und den Emitterbereichen 121 gebildet ist, wird dann ein Abschnitt der BSF-Schicht selektiv entfernt, um die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 zu bilden. Wie oben beschrieben können die Emitterbereiche 121 und die BSF-Bereiche 172 auf der hinteren Passivierungsschicht 192 unter Verwendung der verschiedenen Verfahren gebildet werden.
  • Als nächstes wird, wie in 3J gezeigt, eine leitfähige Schicht 40, die ein Metallmaterial enthält, auf der freigelegten hinteren Passivierungsschicht 192, der Vielzahl von Emitterbereichen 121 und der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 unter Verwendung des PECVD-Verfahrens usw. gebildet. Dann wird ein Abschnitt der leitfähigen Schicht 40 nacheinander durch einen Nassätzprozess unter Verwendung einer Maske zur Bildung des Elektrodenteils 140 (siehe 1 und 2) mit der Vielzahl von ersten und zweiten Elektroden 141 und 142 entfernt.
  • Anstelle des in 3J gezeigten Abscheidungsprozesses kann eine Paste, die ein Metallmaterial enthält, auf die Vielzahl von Emitterbereichen 121 und die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens aufgebracht und dann getrocknet werden. Somit kann das Elektrodenteil 140 mit der Vielzahl von ersten Elektroden 141, die auf der Vielzahl von Emitterbereichen 121 angeordnet sind, und der Vielzahl von zweiten Elektroden 142, die auf der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 angeordnet sind, gebildet werden.
  • Alternativ können alle Schichten 191, 171, 130, 192, 121, 172, 141 und 142, die auf dem Substrat 110 ausgebildet werden, unter Verwendung eines physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahrens, wie zum Beispiel eines Sputterverfahrens, sowie eines chemischen Gasphasenabscheidungsverfahrens, wie zum Beispiel des PECVD-Verfahrens, gebildet werden.
  • Da die auf dem Substrat 110 gebildeten Schichten unter Verwendung des chemischen Gasabscheidungsverfahrens oder des physikalischen Gasabscheidungsverfahrens, das bei einer niedrigen Temperatur von etwa 200°C durchgeführt wird, gebildet werden, kann die Solarzelle 1 einfach hergestellt werden, und Eigenschaften von jeder der Schichten 191, 171, 130, 192, 121, 172, 141 und 142 können daran gehindert werden, sich bei einer hohen Temperatur zu verschlechtern. Als eine Folge davon wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1 oder deren Herstellung verbessert.
  • Eine Solarzelle 1a gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
  • 4 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 4. In der folgenden Beschreibung werden Strukturen und Bauteile, die identisch oder äquivalent zu den in den 1 und 2 gezeigten sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine weitere Beschreibung kann kurz gemacht werden oder vollständig weggelassen werden.
  • Die in den 4 und 5 gezeigte Solarzelle 1a hat eine Struktur, die der Struktur der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle ähnelt.
  • Insbesondere umfasst die Solarzelle 1a gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Substrat 110, eine vordere Passivierungsschicht 191, einen FSF-Bereich 171 und eine Antireflexionsschicht 130, die aufeinanderfolgend angeordnet sind auf einer Vorderseite des Substrats 110, einer hinteren Passivierungsschicht 192a, einer Vielzahl von Emitterbereichen 121 und einer Vielzahl von BSF-Bereichen 172, die auf einer Rückseite des Substrats 110 angeordnet sind, und ein Elektrodenteil 140, das eine Vielzahl von ersten Elektroden 141 enthält, die jeweils auf der Vielzahl von Emitterbereichen 121 angeordnet sind, und eine Vielzahl von zweiten Elektroden 142, die jeweils auf der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 angeordnet sind.
  • Im Gegensatz zu der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle 1, sind in der in den 4 und 5 gezeigten Solarzelle 1a die Vielzahl von Emitterbereiche 121 und die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 so angeordnet, dass sie die Rückseite des Substrats 110 direkt berühren. Weiterhin ist die hintere Passivierungsschicht 192a auf der Rückseite des Substrats 110 mit Ausnahme eines Bildungsabschnitts der Emitterbereiche 121 und der BSF-Bereiche 172 von der Rückseite des Substrats 110 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Konfiguration der in den 4 und 5 gezeigten Solarzelle 1a im Wesentlichen dieselbe wie die der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle 1 mit Ausnahme eines Bildungsortes der hinteren Passivierungsschicht 192a.
  • Die in den 4 und 5 gezeigte hintere Passivierungsschicht 192a besitzt eine Dicke, die größer ist als die der in den 1 und 2 gezeigten hinteren Passivierungsschicht 192, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Die hintere Passivierungsschicht 192a führt einen Passivierungsvorgang auf der und rund um die Oberfläche des Substrats 110 auf die gleiche Weise wie die hintere Passivierungsschicht 192 durch, wodurch eine Verlustmenge an Trägern verringert wird, die aufgrund des Defekts auf der oder rund um die Oberfläche des Substrats 110 verursacht wird.
  • Die hintere Passivierungsschicht 192a wird aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Siliziumoxid (SiOx) und Siliziumnitrid (SiNx) gebildet. Somit wird eine elektrische Interferenz (zum Beispiel eine Trägerbewegung) zwischen dem Emitterbereich 121 und dem benachbarten BSF-Bereich 172 durch die hintere Passivierungsschicht 192a verhindert oder verringert, und als ein Ergebnis wird eine Verlustmenge an Trägern verringert. Ferner wird Licht, das durch das Substrat 110 hindurchtritt, daran gehindert oder eingeschränkt, innerhalb des Substrats 110 reflektiert zu werden, und somit wird eine Menge an Licht, das nach außen reflektiert wird, verringert.
  • Da wie oben die Vielzahl von Emitterbereichen 121 und die Vielzahl von BSF-Bereichen 172 die Rückseite des Substrats 110 direkt berühren, erhöht sich eine Übertragungsrate von Trägern, die sich zu den Emitterbereichen 121 und den BSF-Bereichen 172 bewegen. Damit wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1a weiter verbessert.
  • Eine Solarzelle 1b gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben.
  • 6 ist eine perspektivische Teilansicht einer Solarzelle gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VII-VII aus 6. In der folgenden Beschreibung sind Strukturen und Bauteile, die zu den in den 1 und 2 beschriebenen identisch oder äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen versehen und eine weitere Beschreibung kann kurz gemacht werden oder vollständig weggelassen werden.
  • Ähnlich wie bei der Solarzelle 1, die in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst die in den 6 und 7 gezeigte Solarzelle 1b ein Substrat 110, eine vordere Passivierungsschicht 191, einen FSF-Bereich 171 und eine Antireflexionsschicht 130, die der Reihe nach auf einer Vorderseite des Substrats 110, einer hinteren Passivierungsschicht 192c, die auf einer Rückseite des Substrats 110 angeordnet ist, einer Vielzahl von Emitterbereichen 121 und einer Vielzahl von auf der hinteren Passivierungsschicht 192c angeordneten BSF-Bereichen 172 angeordnet sind, und ein Elektrodenteil 140 mit einer Vielzahl von ersten Elektroden 141, die jeweils auf der Vielzahl von Emitterbereichen 121 angeordnet sind, und einer Vielzahl von zweiten Elektroden 142, die jeweils auf der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 angeordnet sind.
  • Bei der in den 6 und 7 gezeigten Solarzelle 1b umfasst, im Gegensatz zu der in den 1 und 2 gezeigten Solarzelle 1, die hintere Passivierungsschicht 192c eine Vielzahl von ersten hinteren Passivierungsschichten 1923, die zwischen dem Substrat 110 und der Vielzahl von Emitterbereichen 121 und zwischen dem Substrat 110 und der Vielzahl von BSF-Bereichen 172 angeordnet sind; und eine Vielzahl von zweiten hinteren Passivierungsschichten 1924, die in anderen Abschnitten der Rückseite des Substrats 110, d. h. zwischen der Vielzahl von Emitterbereichen 121 und der Vielzahl von BSF-Bereichen 172, angeordnet sind.
  • Die ersten hinteren Passivierungsschichten 1923 sind aus einem leitfähigen Material wie zum Beispiel amorphem Silizium gebildet und die zweiten hinteren Passivierungsschichten 1924 sind aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel Siliziumoxid (SiOx) und Siliziumnitrid (SiNx) gebildet. Daher wird eine Umwandlungsrate, die in der Lage ist, instabile Bindungen, die an einer Kontaktoberfläche zwischen der hinteren Passivierungsschicht 192c und dem Substrat 110 vorliegen, in stabile Bindungen umzuwandeln, verbessert. Weiterhin nimmt eine Menge an Trägern, die zu den Emitterbereichen 121 oder den BSF-Bereichen 172 übertragen werden, aufgrund der leitfähigen Eigenschaften der ersten hinteren Passivierungsschichten 1923 zu und somit erhöht sich die Trägerübertragungsrate. Als Folge davon wird der Wirkungsgrad der Solarzelle 1b gegenüber der Solarzelle 1 weiter verbessert.
  • Wie weiter oben unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben wird eine elektrische Interferenz (zum Beispiel eine Trägerbewegung) zwischen dem Emitterbereich 121 und dem angrenzenden BSF-Bereich 172 durch die zweiten hinteren Passivierungsschichten 1924 verhindert oder verringert, wodurch als Folge davon der Wirkungsgrad des Solarzelle 1b weiter verbessert wird.
  • Bei der in den 6 und 7 gezeigten Solarzelle 1b können die Dicken der ersten und zweiten hinteren Passivierungsschichten 1923 und 1924 im Wesentlichen gleich zueinander sein, können aber auch voneinander verschieden sein. Zum Beispiel kann die Dicke der zweiten hinteren Passivierungsschicht 1924 größer als die Dicke der ersten hinteren Passivierungsschicht 1923 sein. In diesem Fall wird eine elektrische Interferenz zwischen dem Emitterbereich 121 und dem benachbarten BSF-Bereich 172 durch die zweite hintere Passivierungsschicht 1924 weiter verringert.

Claims (18)

  1. Solarzelle umfassend: ein Silizium-Substrat (110), eine vordere Passivierungsschicht (191) und einen Vorderseiten-Feldbereich (171) auf einer Vorderseite des Substrats, eine Antireflexionsschicht (130) auf dem Vorderseiten-Feldbereich, eine Mehrzahl Emitter-Bereiche (121) und eine Mehrzahl Rückseiten-Feldbereiche (172) auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Emitter-Bereiche und die Rückseiten-Feldbereiche gegenseitigen Abstand haben, je eine Mehrzahl erster und zweiter hinterer Passivierungsschichten (1923, 1924) auf der Rückseite des Substrats, wobei eine erste hintere Passivierungsschicht zwischen dem Substrat und jedem der Emitter-Bereiche sowie zwischen dem Substrat und jedem der Rückseiten-Feldbereiche angeordnet ist und eine zweite hintere Passivierungsschicht jeweils zwischen einem der Emitter-Bereiche und einem der Rückseiten-Feldbereiche angeordnet ist, wobei die zweiten hinteren Passivierungsschichten eine andere Dicke als die ersten hinteren Passivierungsschichten besitzen.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die vordere Passivierungsschicht (191) oder/und der Vorderseiten-Feldbereich (171) oder/und die Emitter-Bereiche (121) eine andere Kristallinität als das Silizium-Substrat aufweisen.
  3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat aus kristallinem Silizium gebildet ist und die vordere Passivierungsschicht (191) oder/und der Vorderseiten-Feldbereich (171) oder/und die Emitter-Bereiche (121) aus amorphem Silizium gebildet sind.
  4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Emitter-Bereiche (121) und die Rückseiten-Feldbereiche (172) aus amorphem Silizium gebildet sind.
  5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die ersten hinteren Passivierungsschichten (1923) aus einem leitfähigem Material gebildet sind.
  6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die ersten hinteren Passivierungsschichten (1923) aus amorphem Silizium gebildet sind.
  7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweiten hinteren Passivierungsschichten (1924) aus einem isolierenden Material gebildet sind.
  8. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweiten hinteren Passivierungsschichten (1924) aus Siliziumoxid oder/und Siliziumnitrid gebildet sind.
  9. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweiten hinteren Passivierungsschichten (1924) dicker sind als die ersten hinteren Passivierungsschichten (1923).
  10. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Substrat (110) auf seiner Vorderseite strukturiert ist und der Vorderseiten-Feldbereich (171) und die Antireflexionsschicht (130) eine entsprechend strukturierte Oberfläche aufweisen.
  11. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die vordere Passivierungsschicht (191) eine Dicke zwischen 2 nm und 20 nm besitzt.
  12. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Antireflexionsschicht (130) aus Siliziumoxid oder/und Siliziumnitrid gebildet ist.
  13. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Antireflexionsschicht (130) aus einem transparenten Metalloxid gebildet ist.
  14. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Antireflexionsschicht (130) einschichtig oder mehrschichtig aufgebaut ist.
  15. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei sich die Emitter-Bereiche (121) parallel zu den Rückseiten-Feldbereichen (172) erstrecken.
  16. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner umfassend eine Mehrzahl erster Elektroden (141) auf den Emitter-Bereichen (121) und eine Mehrzahl zweiter Elektroden (142) auf den Rückseiten-Feldbereichen (172), wobei die ersten und zweiten Elektroden aus mindestens einem leitfähigen Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kupfer, Silber, Aluminium, Zinn, Zink, Indium, Titan, Gold und einer Kombination hiervon, gebildet sind.
  17. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die ersten und zweiten Elektroden (141, 142) Licht, das durch das Substrat hindurchgeht, reflektieren.
  18. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Substrat (110), der Vorderseiten-Feldbereich (171) und die Rückseiten-Feldbereiche (172) vom n-Typ sind und mit Störstellen eines Elements der Gruppe V, ausgewählt aus Phosphor, Arsen und Antimon, dotiert sind und die Emitter-Bereiche (121) vom p-Typ sind und mit Störstellen eines Elements der Gruppe III, ausgewählt aus Bor, Gallium und Indium, dotiert sind.
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