DE3536299A1 - Solarzelle aus silizium - Google Patents

Solarzelle aus silizium

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Description

Der Preis eines Solarzellenmoduls setzt sich zu unterschiedlichen Anteilen aus den Kosten für die Solarzelle selbst und denen der Verkapselung sowie Rahmung der Zellenanordnung zu Modulen zusammen. Bei der Herstellung der Solarzelle geht neben den eigentlichen Prozeßkosten als wesentlicher Faktor der Preis für das Halbleitermaterial ein. Deshalb werden weltweit große Anstrengungen unter­ nommen, billiges Halbleitermaterial zu entwickeln, wobei meist eine Verschlech­ terung der elektrischen Eigenschaften und damit eine Reduzierung des Solarzellenwirkungsgrades in Kauf genommen werden muß.
Eine weitere Möglichkeit der Senkung der Solarzellenkosten insbesondere bei Verwendung von ein- und polykristallinem Silizium besteht darin, die Dicke des Halbleitersubstrates und damit den Materialaufwand drastisch zu reduzieren. Neben dieser Reduzierung des Halbleitermaterials, das sehr stark in dem Gesamt­ preis der Zelle eingeht, ergeben sich für dünne Solarzellen weitere Vorteile:
  • 1) Erhöhung der Flexibilität der Solarzellen, die dadurch auch gekrümmten Oberflächen angepaßt werden können.
  • 2) Erhöhung des Verhältnisses von Leistung/Gewicht, was insbesondere für die Verwendung im Weltraum, aber auch für terrestrische Zellen eine Rolle spielt.
  • 3) Erhöhte Toleranz gegenüber hochenergetischer Strahlung im Weltraum.
  • 4) Es können z. B. dünne Siliziumbänder verwendet werden, die umso wirtschaft­ licher hergestellt werden können, je dünner sie sind.
  • 5) Geringere Aufheizung der Zelle und damit höhere Betriebsspannung, wenn dafür gesorgt wird, daß die Infrarotstrahlung nicht in der Zelle absorbiert wird.
  • 6) Möglichkeit, bei geeigneter Strukturierung die von hinten auf die Solarzelle auftreffende Strahlung (Albedo) auszunützen, so daß eine erheblich höhere elektrische Leistung erzielt werden kann.
Die Reduzierung der Solarzellendicke bringt jedoch auch schwerwiegende grund­ sätzliche Probleme mit sich. Sinkt die Dicke des Halbleitersubstrates unter die jeweilige Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, so tritt infolge erhöhter Rekombination der Ladungsträger an der Solarzellenrückseite eine erhebliche Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften (Leerlaufspannung, Kurzschlußstrom) und damit des Wirkungsgrades der Solarzelle auf.
Bisher wird dieses Problem, insbesondere bei Weltraumzellen, durch die Erzeugung eines elektrischen Feldes auf der Solarzellenrückseite gelöst ("Back surface fiel" = BSF) /1/. Es wird eine Potentialschwelle für Minoritätsladungsträger an der Rückseite eingebaut, so daß diese nicht bis zum Ohm′schen Rückseiten­ kontakt gelangen und dort rekombinieren können. Ein Ohm′scher Kontakt zeichnet sich durch eine extrem hohe Rekombinationsgeschwindigkeit aus. Das Rückseiten­ feld wird durch die Einbringung von Fremdatomen (z. B. bei einer n⁺p Solarzelle Bor oder Al in das p-dotierte Siliziumsubstrat zur Erzeugung eines pp⁺ Über­ ganges) auf der Rückseite durch Diffusion aus der Gasphase, durch Ionenimplan­ tation /2/ oder sehr häufig durch einen Legierungsprozeß / 3/ bewerkstelligt.
In allen Fällen handelt es sich um aufwendige Hochtemperaturprozesse, wodurch neben einer möglichen Verringerung der Trägerlebensdauer im Halbleitervolumen zahlreiche Defekte im Bereich der Rückseite erzeugt werden, die die Wirksamkeit des elektrischen Feldes stark reduzieren und zu einer erheblichen Streuung der Solarzellendaten bei Großserienfertigung führen /4/. Es treten Defekte an den Kanten der Solarzelle auf, unvollkommenes Legieren, schlechte Diffusion durch "diffusion pipes", ungleichmäßiges Eindringen des Rückseitenmetalls und Aus­ scheidung von Verunreinigungen. Zur Vermeidung dieser Nachteile, zur Verein­ fachung und Verbilligung des Herstellprozesses sowie zur Erzielung zusätzlicher Vorteile wird mit der vorliegenden Erfindung eine neuartige Methode vorge­ stellt, mit dem einfachen und zuverlässigen Niedertemperaturprozeß der Abscheidung einer oder mehrerer durchsichtiger Isolatorschichten die Rekombi­ nationsgeschwindigkeit an der Zellenrückseite drastisch zu reduzieren. Dabei wird der Ohm′sche Rückseitenkontakt nicht mehr ganzflächig, sondern in einer Fingerstruktur aufgebracht und sowohl auf wie auch zwischen den Kontakten die Isolatorschicht abgeschieden. Durch Reduzierung der Fläche des Ohm′schen Kon­ taktes um mehr als 90% und geeigneter Auslegung der Gitterstruktur wird auch dessen Einfluß bezüglich der Rekombinationsgeschwindigkeit entsprechend ver­ mindert. Entscheidend kommt es natürlich darauf an, daß die Rekombination der Ladungsträger im Gebiet zwischen den Ohm′schen Kontakten durch die Isolator­ schicht stark reduziert wird, was eine extrem hohe Qualität der Isolator/Halb­ leitergrenzfläche erforderlich macht. Diese Bedingung ist nach der Erfahrung des Erfinders bei den hier angeführten Schichtkombinationen erfüllt.
Es ergeben sich demnach folgende Vorteile der in dieser Erfindung zugrunde­ liegenden Anordnung:
  • 1) Geringer Prozeßaufwand durch den energiesparenden und zuverlässigen Schichtabscheideprozeß bei niederen Temperaturen (2 min-10 min bei Tempera­ turen < 600°C).
  • 2) Leichte Handhabung, was bei den extrem dünnen Zellen zur Erhöhung der Prozeß­ ausbeute führt (wegen Bruch!).
  • 3) Erhöhung der Langzeitstabilität der Solarzelle durch gute Passivierung der Rückseite und des Randes, da die Isolatorschicht ein Eindringen von Fremd­ atomen von außen verhindert und damit sowohl das Metall wie auch den Halbleiter vor Schädigung schützt.
  • 4) Aufbau einer Potentialbarriere am Rand der Solarzelle, die ein direktes Abfließen der Minoritätsladungsträger von der Vorderseite zur Rückseite (Kurzschluß, Erniedrigung des Parallelwiderstandes) verhindert. Dies ist insbesonders bei den hier infragekommenden dünnen Solarzellen von Bedeutung. Es wird auch eine Kurzschlußmöglichkeit ausgeschlossen, falls die Vorder­ seitenmetallisierung irrtümlicherweise über den Rand geht.
  • 5) Es kann über die die Kante der Solarzelle bedeckende Isolatorschicht der Vorderseitenkontakt einfach zur Scheibenseite geführt und dort kontaktiert werden, zusammen mit dem Rückseitenkontakt also auf einer Seite. Der Haupt­ vorteil des Kontaktierens beider Anschlüsse auf der Solarzellenrückseite liegt neben dem Gewinn an aktiver Fläche auf der Vorderseite durch das Wegfallen des Kontaktierfeldes in der Einfachheit und Zuverlässigkeit des Kontaktiervorganges, insbesondere aber in dessen Automatisierbarkeit.
  • 6) Der Isolator auf der Rückseite erlaubt den Austritt der Wärmestrahlung, vermindert damit die Aufheizung der Zelle, wodurch eine höhere Betriebs­ spannung erreicht wird.
  • 7) Möglichkeit der sehr guten Ausnutzung der von hinten auftreffenden Strahlung (Albedo), was zu sehr effektiven und kostengünstigen doppelseitig benutz­ baren ("bifacial") Solarzellen führt. Während bei der p⁺ Diffusion eine relativ dicke tote Schicht zusammen mit einer hohen Oberflächenrekombi­ nationsgeschwindigkeit S₀ entsteht und damit kurze Lichtwellenlängen sehr schlecht ausgenutzt werden, werden bei der vorliegenden Anordnung wegen des niederen Wertes von S₀ alle Wellenlängen gut erfaßt.
  • 8) Die Isolatorschicht wirkt gleichzeitig als Antireflexionsschicht.
  • 9) Einfache Möglichkeit der Erzeugung eines Rückseitenreflektors (BSR), indem man auf die Isolatorschicht ganzflächig eine Metallschicht aufbringt. An dieser wird zum einen die Wärmestrahlung reflektiert und zum Austreten aus der Solarzellenvorderseite gebracht, zum anderen wird auch der Weg der längerwelligen, aber noch zur Erzeugung von Elektronen-Lochpaaren nutzbaren Strahlung verlängert und damit der Kurzschlußstrom erhöht.
  • 10) Anforderungen an das Vorhandensein bestimmter Ladungen in den Isolator­ schichten bestehen nicht, was den Prozeß wesentlich zuverlässiger macht. Im Gegensatz zur Vorderseite bei Inversionsschicht Solarzellen, wo unbedingt starke Inversion im Halbleiter durch entsprechende Isolatorladungen vorliegen muß, ist es hier unwesentlich, ob Anreicherung, Verarmung oder Inversion vorherrscht. Es muß angemerkt werden, daß sowohl bei Akkumulation wie auch bei Inversion die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit etwas niedriger liegt als in Verarmung, weil in den ersten beiden Fällen Ober­ flächenzustände mit Ladungsträgern besetzt werden. Somit ist das Vorhanden­ sein von Isolatorladungen vorteilhaft, neben der Hauptbedingung, daß niedrige Werte von Oberflächenzustandsdichten an der Isolator/Halbleiter­ grenzfläche vorliegen müssen.
Ohm′sche Rückseitenkontakte mit Gitterstruktur sind bisher nur in Verbindung mit einer darunterliegenden ganzflächigen hochdotierten Zone (z. B. p⁺ bei p dotier­ tem Solarzellensubstrat) bekannt /5/. Dabei darf diese p⁺ Zone nicht zu dünn sein, sonst erhöht sich der Dunkelstromanteil aus dieser Zone infolge erhöhter Rekombination, was zu einer Reduzierung der Spannung führt. Oft werden auf diese p⁺ Schicht noch Metall- oder Oxidschichten abgeschieden, die teils dazu dienen, die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit zu reduzieren, als Rück­ seitenreflektor oder als Antireflexionsschicht (im Falle der "bifacial" Solarzelle) zu wirken.
Im folgenden sollen nun zwei besonders zur Oberflächenpassivierung geeignete Isolatorschichten näher erläutert werden, nämlich die Strukturen Silizium - dünnes Si-Oxid - Aluminiumoxid und Silizium - dünnes Si-Oxid - Plasma Silizium­ nitrid. Es soll insbesondere auf die optimalen Herstellungsbedingungen, wie sie im Labor des Erfinders erprobt wurden, eingegangen werden. Im Bild 1 sind die Hoch- und Niederfrequenz-Kapazitäts-Spannungskurven der Kapazitätsstruktur p (100) Silizium - 1,5 nm Si-Oxid - 960 nm Al2O3 - Aluminium wiedergegeben, und zwar auf die beiden Abscheidetemperaturen des Al2 O3 von 290°C und 500°C. In diesem Fall wurde Al2O3 durch Pyrolyse der metallorganischen Verbindung Al-triisopropylat hergestellt /6/. Das dünne Siliziumoxid entstand durch thermische Oxidation in N2/O2 Gas bei 510°C. Wie aus Bild ersichtlich ist, ergaben sich bei 290°C Al2O3-Abscheidetemperatur negative Flachbandspannungen (d. h. positive Isolatorladungen) und hohe Oberflächenzustandsdichten (D it ∼ 1012 cm- 2eV- 1). Wesentlich günstiger wird es, wenn man Al2O3 bei 500°C abscheidet. Neben den nun negativen Isolatorladungen liegt vor allem eine erheblich niedrigere Oberflächenzustandsdichte D it = 8 × 1010 cm- 2eV- 1 vor, wodurch diese so präparierte Schichtstruktur gut brauchbar wird für den Erfindungsgedanken der Niedertemperatur-Oberflächenpassivierung von Solar­ zellen.
Noch etwas günstiger gestalten sich die Verhältnisse bei der Verwendung von Plasma-Siliziumnitrid. Im Gegensatz zu Al2O3 liegen dort stets positive Isolatorladungen vor. An p (100) Silizium - 1,5 nm Si-Oxid - 100 nm Si-Nitrid - Al Strukturen wurden bei 200°C Abscheidetemperatur (aus NH3 + SiH4) relativ hohe Oberflächenzustandsdichten (D it < 1012 cm- 2 eV- 1) gemessen. Nach einer ein­ stündigen Temperung bei 450°C jedoch sank dieser Wert bis D it < 1 × 1010 cm- 2 eV-- 1 ab. Ähnlich niedrige D it -Werte erhält man auch durch die Abscheidung der Plasma- Siliziumnitridschichten bei Temperaturen zwischen 400°C und 500°C. Die positive Isolatorladungsdichte nimmt ebenfalls ab von Q I/p = 6,5 × 1012 cm- 2 bei 200°C auf Q I = 1 × 1012 cm- 2 bei Temperaturen ab 400°C.
Bei hohen Temperaturen < 500°C steigt die Zustandsdichte wieder an, während die Ladungen nahezu konstant bleiben. Somit sind die Plasma-Siliziumnitridstruk­ turen wegen ihrer extrem niedrigen Oberflächenzustandsdichten bei Abscheide- bzw. Tempertemperaturen zwischen 400°C und 500°C für die Oberflächenpassi­ vierung (niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit) von Solarzellen besonders gut geeignet. Dieses günstige Verfahren ist auf den in den Isolator­ schichten vorhandenen Wasserstoff zurückzuführen, der die freien Bindungen des Siliziums absättigt.
Diese vorteilhafte Niedertemperaturpassivierung von Halbleiteroberflächen erlaubt es nun nach dem Erfindungsgedanken, wirkungsvolle Passivierung von Solarzellenoberflächen in Verbindung mit Ohm′schen Kontakten zu erreichen, d. h. die Isolatorschicht kann z. B. nach der Herstellung der Ohm′schen Al-Kontakte auf die Siliziumoberfläche und über diese Kontakte (was diese gleichzeitig vor Korrosion und Zerstörung schützt) abgeschieden werden.
Eine Passivierung mit thermischen SiO2 Schichten auf Silizium, die bei Tempera­ turen < 850°C hergestellt werden, würde neben der Hochtemperaturschädigung des Halbleiters einen aufwendigen Photolithographieschritt mit Ätzen des SiO2 er­ fordern, um nachträglich die Ohm′schen Kontakte aufbringen zu können. Diese wären dann auch nicht nach außen geschützt.
Die oben beschriebene Passivierungsmethode in der Umgebung von Ohm′schen Kontakten gestattet es nun, neuartige, insbesondere dünne Solarzellenstrukturen herzustellen, die sich durch Einfachheit, kostengünstige Herstellung und Effektivität auszeichnen. In allen Fällen kommt es darauf an, die Fläche der Ohm′schen Kontakte (sehr hohe Rekombinationsrate) möglichst klein zu halten. An drei Ausführungsbeispielen sollen weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung demonstriert werden.
1. Solarzelle mit ganzflächigem MIS Kontakt auf der Rückseite und Ohm′sches Kontaktgitter in Verbindung mit Isolatorschichtkombination auf der Vorderseite.
In Fig. 2 ist dieser Zelltyp schematisch dargestellt. Auf der Vorderseite befinden sich die Ohm′schen Kontakte in Gitterstruktur und über die gesamte mit einer dünnen Siliziumoxidschicht versehene Siliziumoberfläche ist die Isola­ torschicht (vorzugsweise Al2O3 oder Siliziumnitrid) abgeschieden, die sowohl zur Reduzierung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit als auch als Anti­ reflexionsschicht dient. Auf der Rückseite des p-dotierten Siliziumgrundkörpers befindet sich ein normaler MIS Kontakt, bestehend aus einer etwa 1,3 nm dicken Siliziumoxidschicht und vorzugsweise Al oder Mg als Metall. Dieser dient mit seinem elektrischen Feld (Raumladungszone) zur Sammlung der Minoritätsladungs­ träger.
Anders wie bei der konventionellen Solarzelle müssen die in der Hauptsache nahe der Frontseite durch das Licht erzeugten Ladungsträger erst durch das ganze Substrat diffundieren, um vom Rückseiten-MIS-Kontakt gesammelt zu werden. Dabei ist es wichtig, daß die Vorderseite eine niedrige Oberflächenrekombinationsge­ schwindigkeit besitzt, sonst würde ein großer Teil der Ladungsträger dort schon rekombinieren. Der Abstand der durch sehr hohe Rekombination ausgezeichneten Ohm′schen Kontaktfinger soll wesentlich größer sein als die Substratdicke d, so daß im Mittel der Weg zum sammelnden MIS-Kontakt geringer ist als zu den Ohm′schen Kontakten. Diese Zelle wird, im Gegensatz zu den herkömmlichen Zellen, bei denen die sammelnden Kontakte sich auf der Vorderseite befinden, einen umso höheren Sammlungswirkungsgrad haben, je dünner das Halbleitersubstrat und je größer seine Diffusionslänge L ist (d L). Deshalb kann teueres Halbleiter­ material eingespart werden, was zu einer erheblichen Verbilligung der Solar­ zelle führt. Ein weiterer Vorteil dieser Zelle besteht darin, daß das rück­ seitige Metall als Reflektor für die großen Lichtwellenlängen dient, was zu einer Erhöhung des Kurzschlußstromes und zu einer geringeren Aufheizung während des Betriebs der Zelle (höhere Leerlaufspannung) führt. Weiterhin wird für den Stromfluß der gesamte Zellenquerschnitt ausgenützt, die Minoritätsladungsträger müssen nicht in einem schmalen Gebiet hohen Schichtwiderstandes (z. B. n⁺ Emit­ tergebiet bei n⁺p Solarzelle) entlang der Oberfläche zu den Kontakten fließen. Es ist somit auch ein hoher Füllfaktor vorprogrammiert. Die erste vom Erfinder auf 80 µm dicken p (100) Silizium erhaltenen Solarzellen zeigen bereits Wirkungsgrade (AMl) um 12%.
Der MIS Rückseitenkontakt kann auch in Gitterform erzeugt werden, wobei der Zwischenraum zwischen den MIS Kontaktfingern mit einer Isolatorschicht (vor­ zugsweise Siliziumnitrid) ausgefüllt ist, die z. B. bei p-Silizium positive Ladungen enthalten muß, um im Silizium eine Inversionsschicht zu influenzieren entlang der die Minoritätsladungsträger (bei p-Si Elektronen) zu den MIS Kontakten gelangen können. Dabei sind zwei Ausführungsformen möglich:
  • a) Die Isolatorschicht kann dabei, wie im Falle der Vorderseite der in Fig. 3 gezeigten MIS Inversionsschicht Solarzelle, sich über die MIS Kontakte er­ strecken, d. h. ihre Abscheide- bzw. Nachbehandlungstemperatur muß ent­ sprechend niedrig sein ( 350°C bei Al/SiO x /p-Si MIS Kontakten), damit die MIS Kontakte nicht zerstört werden. Das ist technologisch ein sehr ein­ facher Prozeß, wobei gleichzeitig erreicht wird, daß die Solarzelle auch von der Rückseite beleuchtet werden kann. Die umgedrehte Form dieser Solar­ zelle ist in Fig. 3 wiedergegeben.
  • b) Es kann aber auch die Isolatorschicht auf der Rückseite durchbrochen sein, wobei auf dem dünnen Oxid (∼ 1 nm-1,5 nm) in diesen fingerförmigen Öffnungen sich das Metall (MIS Kontakt) befindet (doppelseitig beleuchtbare Solar­ zelle). Die Metallisierung kann aber auch über die gesamte Isolatorschicht sich erstrecken, wodurch ein idealer Rückseitenreflektor erreicht wird. Diese unter b) genannten Strukturen mit der durchbrochenen Isolatorschicht erlauben es, die Isolatorschicht bei höheren Temperaturen ( 600°C) vor der Metallisierung aufzubringen und damit bessere Grenzflächeneigenschaften (niedrigere Oberflächenzustandsdichte u. a.) zu erreichen.
2. MIS-Inversionsschicht-Solarzelle mit strukturierten Ohm′schen Rückseiten­ kontakten und einer Isolatorschicht zur Passivierung ("bifacial").
Die Vorderseite dieses Zelltyps entspricht der in der deutschen Patentschrift DE 28 46 096 C2 beschriebenen Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Solarzelle mit MIS-Kontakten. In der Siliziumnitridschicht muß sich eine hohe Dichte positiver Ladungen, bestehend aus den natürlichen Ladungen und den durch Fremdionen ein­ gebrachten befinden, die an der Siliziumoberfläche eine aus Elektronen bestehende Inversionsschicht induzieren. Die Siliziumnitridschicht kann, im Gegensatz zu der in der vorliegenden Erfindung angewandten Isolator­ schicht, nur bei niederen Temperaturen ( 300°C) abgeschieden oder getempert werden, da sonst der MIS Kontakt stark beeinträchtigt wird. Deshalb kann auf der Vorderseite auch nicht der in dieser Erfindung im Vordergrund stehende Effekt der Erniedrigung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit durch Temperaturen zwischen 400°C und 500°C ausgenützt werden. Dies kann durch einen aufwendigeren Prozeß erreicht werden, indem die Isolatorschicht auf der Vorderseite durchbrochen wird und in diesen fingerförmigen Öffnungen der MIS Kontakt erzeugt wird. Dadurch kann auch hier die Isolatorschicht bei höheren Temperaturen ( 600°C) aufgebracht oder getempert werden, gefolgt von der Metallabscheidung. Im Gegensatz zum obigen Fall sind aber aufwendige Struk­ turierungsschritte erforderlich.
Die Rückseitenpassivierung in Kombination mit dem Ohm′schen Kontaktgitter stellt einen zu diesem Niedertemperaturzelltyp voll kompatiblen Prozeß dar, da eine Temperaturbehandlung zwischen 400°C und 500°C (wie bei der Abscheidung des Rück­ seitenkontaktes) ohnehin zur Erzeugung des Dünnoxids und zur Formierung der Ohm′schen Kontakte erforderlich ist. Diese Prozesse erfolgen natürlich vor der Bildung der MIS Kontakte und der Abscheidung der Antireflexionsschicht auf der Vorderseite. Dieser Zelltyp ist besonders für dünne Substrate interessant, bei denen gewöhnlich die Randpassivierung zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwi­ schen Vorder- und Rückseite ein Problem darstellt. Dies wird hier automatisch gelöst durch das Aufbringen der Isolatorschichten. Wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, bildet sich nämlich im Halbleiter an der Zellenoberseite im Randbereich durch Überlappung der beiden Isolatorschichten eine Potentialbarriere aus, die ein Abfließen der Ladungsträger an der Halbleiteroberfläche im Randbereich zur Rückseite verhindert. Diese Potentialbarriere entsteht dadurch, daß sich im Vorderseitenisolator eine hohe positive Ladungsdichte, im rück- und randsei­ tigen Isolatorfilm eine negative oder zumindest eine stark reduzierte positive Ladungsdichte (Si-Nitrid 400°C-500°C!) befindet. Wie aus Abb. 3 ersichtlich, ist die gesamte Solarzelle von undurchlässigen Isolatorschichten umhüllt, und damit vor äußeren Einflüssen geschützt. Durch die mit dieser Erfindung einge­ führte Rückseitenpassivierung können nun alle Vorteile einer dünnen Solarzelle (siehe vorne) erreicht werden, einschließlich der reduzierten Aufheizung.
Als besonderer Vorteil zeigt sich aber, daß diese Zelle nun sehr effektiv die auf beide Oberflächen auftreffende Strahlung ausnutzt ("bifacial" Solarzelle), also auch die hinten auftreffende, an weißen Flächen reflektierte oder gestreute Strahlung. Die Isolatorschicht auf der Rückseite dient daher gleichzeitig als Antireflexionsschicht. Dadurch kann die von dieser Zelle abgegebene Leistung erheblich gesteigert werden. Es wurde also bei vermindertem Aufwand an teurem Halbleitermaterial fast ohne zusätzliche Kosten ein einfacher, bei niederen Temperaturen herzustellender Zellentyp geschaffen, mit dem das Sonnenlicht wesentlich mehr ausgenützt werden kann. Insbesondere auch das kurzwellige Licht wird wegen der höheren Güte der Rückseite gut verwertet. Unsere bisherigen Erfahrungen zeigen, daß das hinten auftreffende Licht mit einem nur um 20% gegenüber der Vorderseitenbeleuchtung reduzierten Wirkungsgrad in Strom um­ gewandelt wird. Wenn die von hinten auftreffende Strahlung nicht genutzt werden soll, dann läßt sich einfach durch Aufbringen einer Metallschicht auf den Rück­ seitenisolator ein Rückseitenreflektor erzeugen. Außerdem können Vorder- und Rückseite texturiert werden zur Erhöhung des Lichteinfalls.
In der Literatur ist uns bisher nur eine von beiden Seiten beleuchtbare Solar­ zelle bekannt, die mit wesentlich größerem Aufwand mit den herkömmlichen Hochtemperaturschritten und dicken Siliziumsubstraten gefertigt wird /7/.
3. Anwendung der Rückseitenpassivierung für konventionelle n⁺p oder p⁺n Solar­ zellen.
Die Vorteile der einfachen Niedertemperaturpassivierung mit gitterförmigem Ohm′schen Kontakt kann auch problemlos für die konventionelle Solarzelle ange­ wendet werden. Fig. 4 zeigt als Beispiel eine n⁺p Solarzelle mit der passivier­ ten Rückseite. Dies erlaubt die Herstellung einer dünnen Solarzelle. Sie wird dadurch auf einfache Weise zur beidseitig beleuchtbaren Solarzelle mit dem zusätzlichen Vorteil, daß jeweils die langwellige Wärmestrahlung aus der Zelle austritt und damit die Betriebstemperatur (Erhöhung der Leerlaufspannung) sinkt. Die Texturierung insbesondere der Rückseite ist leicht möglich. Neben der Randpassivierung kann eine völlige Umhüllung der Zelle mit undurchlässigen Isolatorschichten als Schutz erreicht werden. Eine Metallschicht kann auch hier als Rückseitenreflektor auf die Isolatorschicht aufgebracht werden.
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Claims (12)

1. Solarzelle aus Silizium in welchem Ladungsträger durch die auf die Solarzelle auftreffende und in diese ein­ dringende Strahlungsenergie erzeugt werden, bei der auf dem halbleitenden Körper auf der Vorderseite ein zur Trennung der Ladungsträger erforderliches elektrisches Feld, z. B. durch einen p-N Übergang, MIS (Metall-Isola­ tor-Semiconductor) Kontakt oder ähnliches erzeugt wor­ den ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) das Halbleitermaterial eine Dicke aufweist, die un­ gefähr der Diffusionslänge der Minoritätsla­ dungsträger entspricht,
  • b) auf der Rückseite Ohm′sche Kontakte in Gitterform aufgebracht werden, deren Fläche weniger als 20% der gesamten Rückseite ausmacht,
  • c) das Gebiet zwischen den Ohm′schen Kontakten aus der natürlichen oder einer bei Temperaturen unter­ halb 800° erzeugten Siliziumoxydschicht besteht,
  • d) eine darüber befindliche zweite Passivierungsschicht bei Temperaturen unterhalb 600° aufgebracht ist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Ohm′schen Kontaktes bei konzentrieren­ den Solarzellenanordnungen weniger als 50% ausmacht.
3. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid besteht.
4. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht aus Aluoxyd oder Aluoxidnitrid besteht.
5. Solarzelle nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht < als 500 A° und < 300 nm dick ist.
6. Solarzelle nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle von beiden Seiten beleuchtet wird.
7. Solarzelle aus Silizium in welchem Ladungsträger durch die auf die Solarzelle auftreffende und in diese ein­ dringende Strahlungsenergie erzeugt werden, bei der auf dem halbleitenden Körper ein zur Trennung der Ladungs­ träger erforderliches elektrisches Feld, z. B. durch einen p-N Übergang, MIS Kontakt oder ähnliches erzeugt worden ist, dadurch gekennzeichnet,
  • a) das elektrische Feld, das durch den p-N Übergang oder MIS Kontakt o. ä. auf der Rückseite erzeugt wird,
  • b) das Halbleitermaterial eine Dicke aufweist, die unge­ fähr der Diffusionslänge der Minoritätsladungs­ träger entspricht,
  • c) auf der Rückseite Ohm′sche Kontakte in Gitterform auf­ gebracht werden, deren Fläche weniger als 20% der ge­ samten Rückseite ausmacht,
  • d) das Gebiet zwischen den Ohm′schen Kontakten aus der natürlichen oder einer bei Temperaturen unterhalb 800° erzeugten Siliziumoxydschicht besteht,
  • e) eine darüber befindliche zweite Passivierungsschicht bei Temperaturen unterhalb 600° aufgebracht ist.
8. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der MIS Kontakt aus
  • - p-Silizium
  • - der natürlichen Siliziumoxydschicht oder einer bei Tem­ peraturen unterhalb 800° erzeugten Siliziumoxydschicht,
  • - und Aluminium oder Magnesium besteht.
9. Solarzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumoxydschicht 5 nm ist.
10. Solarzelle nach Ansprüchen 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht des MIS Kontaktes etwa 1-10 µ dick ist.
11. Solarzelle nach Ansprüchen 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß der MIS Kontakt sich über die gesamte Rückseite er­ streckt.
12. Solarzelle nach Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Siliziumoxydschicht und oder die Passivie­ rungsschicht über die Kanten zur Vorder- bzw. Rückseite hin erstreckt.
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