DE3612085C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer n-dotierten Diffusionsschicht, einem auf der Diffusionsschicht angeord­ neten Antireflexionsbelag und einem Frontkontakt, der die Diffusionsschicht durch den Antireflexionsbelag hindurch kontaktiert.

Eine derartige Solarzelle ist aus der US 43 75 007 bekannt. Dort wird ein Element der fünften Hauptgruppe im Frontkon­ takt in Form einer Metallpaste eingesetzt, die ganz oder hauptsächlich aus NiSb besteht. In denjenigen Fällen, in de­ nen sie nicht ausschließlich aus NiSb besteht, ist 50 Al : 50 Mg bis zur Höhe von 9,3 Gew.-% zugesetzt. Der hohe Ge­ wichtsanteil von Antimon in der Metallpaste führt zu gutem Ohmschem Kontakt mit der Diffusionsschicht der Zellen.

Eine weitere Solarzelle ist aus der FA 23 48 897 bekannt. Der beim dort beschriebenen Frontkontakt verwendeten Glas­ masse kann Phosphorpentoxid in geringen Mengen zugesetzt sein. Die genannte Schrift gibt an, daß dies die Kontaktie­ rungseigenschaften gegenüber Silizium nicht wesentlich än­ dert. Ein Antireflexionsbelag ist dort nicht vorgesehen, vielmehr kontaktiert der Frontkontakt direkt die n-dotierte Diffusionsschicht.

Um in Solarzellen möglichst viel einfallendes Sonnenlicht verwerten zu können, weisen derartige Zellen vorteilhafter­ weise einen Antireflexionsbelag auf. Ein solcher besteht üb­ licherweise aus einem elektrisch nichtleitenden Material. In der Zeitschrift "Electronics", September 1980, S. 40- 41 wird z. B. Siliziumnitrid als Material für den Antirefle­ xionsbelag angegeben. Es ist problematisch, durch einen der­ artigen nichtleitenden Belag hindurch eine gute Ohmsche Ver­ bindung zwischen einem Frontkontakt und der Diffusions­ schicht einer Zelle herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle anzugeben, bei der eine gute Ohmsche Verbindung zwischen einem Frontkontakt und der Diffusionsschicht der Zelle durch einen Antireflexionsbelag hindurch besteht, wobei der Front­ kontakt durch Siebdruck hergestellt werden soll.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die erfindungsgemäße Solarzelle zeichnet sich dadurch aus, daß im Frontkontakt Phosphor in elementarer Form oder in Verbindungsform vorhanden ist, und zwar in Dotierungsmengen von 0,05 Gew.-% bis etwa 0,3 Gew.-%. Aufgrund dieser Phos­ phordotierung kommt es zu sehr gutem Durchkontaktieren durch den Antireflexionsbelag hindurch.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Solarzelle mit Frontkon­ takten, die aus einer Metallpaste gebildet sind; und

Fig. 2 ein Diagramm betreffend die Strom-Spannungs-Charakte­ ristik der Solarzelle nach Fig. 1 im Vergleich zu einer kon­ ventionellen Solarzelle.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine Diffusions­ schicht 2 vom n⁺-Typ in einem p-dotierten Siliziumsubstrat durch Diffusion aktiver Verunreinigungen in das Halbleiter­ substrat 1 gebildet worden. Auf der Diffusionsschicht 2 liegt ein Antireflexionsbelag 3 durch den verhindert wird, daß Licht- oder Sonneneinstrahlung von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird. Dieser Antireflexionsbelag kann aus SiO₂, TiO₂ oder dergleichen bestehen. Auf dem Halblei­ tersubstrat 1 liegen Frontkontakte 4, die als negative Kon­ takte dienen. Die Frontkontakte 4 können auch als Kontakt­ finger bezeichnet werden und bilden ein Kontaktgitter. Auf den Frontkontakten 4 befinden sich jeweils Lötschichten 5, um den Serienwiderstand herabzusetzen und die Betriebszuver­ lässigkeit der Solarzelle zu erhöhen. An der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 sind Rückkontakte 6 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumpaste bestehen und die als positive Kontakte dienen (positive Anschlußseite). Statt mehrerer Rückkontakte 6 kann auch nur ein einziger durchgehender Rückkontakt 6 vorhanden sein (Rückkontakt­ schicht).

Zur Herstellung der Solarzelle nach Fig. 1 werden als erstes Verunreinigungen vom n-Typ, beispielsweise P, bei etwa 950°C in das Siliziumsubstrat 1 vom p-Typ hineindiffundiert, das eine Dicke von etwa 400 µm und einen spezifischen Volu­ menwiderstand aufweist, der etwa zwischen 0,5 Ohmcm und etwa 10,5 Ohmcm liegt, um die Diffusionsschicht 2 mit einer Dicke zwischen etwa 0,3 µm und etwa 1,0 µm zu erzeugen.

Anschließend wird auf der Oberfläche der Diffusionsschicht 2 der Antireflexionsbelag 3 gebildet, der im Ausführungsbeispiel aus TiO₂ besteht und eine Dicke zwischen 70 Nanometer und etwa 80 Nanometer aufweist. Der Antireflexionsbelag 3 kann durch ein Aufschleuderverfahren (Spin-on-Verfahren), durch ein Eintauchverfahren oder ein Niederschlagsverfahren im Vakuum (CVD-Verfahren) gebildet werden. Auf der rücksei­ tigen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 vom p-Typ wird eine Al-Paste durch ein Siebdruck- oder Filmdruckverfahren aufge­ bracht und bei etwa 800°C gebrannt. Hierdurch werden die Rückkontakte 6 erhalten. Die Ag-Paste wird ebenfalls durch Sieb- bzw. Film- oder Schablonen-Druckverfahren auf den An­ tireflexionsbelag 3 aufgebracht und bei einer Temperatur gebrannt, die zwischen 600°C und etwa 700°C liegt. Auf diese Weise werden die Frontkontakte 4 hergestellt. Sie durchdrin­ gen dann den Antireflexionsbelag 3, so daß sie letztlich mit der Diffusionsschicht 2 des Halbleitersubstrats 1 in Berüh­ rung kommen. Auf diese Weise wird eine wirksame Ohmsche Ver­ bindung zwischen den Frontkontakten 4 und der Diffusions­ schicht 2 des Halbleitersubstrats 1 erhalten. Der Herstel­ lungsprozeß wird auch als Durchbrennprozeß bezeichnet. Um die Betriebszuverlässigkeit der Solarzelle zu verbessern und den Serienwiderstand herabzusetzen, werden die Frontkontakte 4 der Solarzelle mit Lot beschichtet, und zwar mit Hilfe eines Eintauchprozesses, so daß die Lötschichten 5 erhalten werden. Die Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Solar­ zelle ist damit beendet.

Da die Frontkontakte 4 nach dem Ausführungsbeispiel der Er­ findung aus einer Ag-Paste bestehen, die eine geringe Menge an Phosphor (P) oder einer Phosphorverbindung in der fünften Gruppe des periodischen Systems enthält, wird eine sehr gute Ohmsche Verbindung zwischen den Frontkontakten 4 und der Diffusionsschicht 2 des Halbleitersubstrats 1 erhalten, und zwar durch einen synergetischen Effekt zwischen der Glasur­ masse bzw. Glasschmelze und dem Phosphor bzw. der Phosphor­ verbindung innerhalb der Ag-Paste. Der Kontaktwiderstand der Ohmschen Verbindung läßt sich somit erheblich reduzieren. Ferner werden der Füllfaktor der Solarzelle (F.F.) verbes­ sert und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung erhöht.

In der Fig. 2 ist die Strom-Spannungs-Charakteristik der Solarzelle nach Fig. 1 im Vergleich zu einer konventionel­ len Solarzelle dargestellt. Entlang der horizontalen Achse ist eine Ausgangsspannung aufgetragen, wie sie bei Lichtein­ fall auf die Solarzelle erhalten wird. Entlang der vertika­ len Achse ist dagegen der Ausgangsstrom bei Lichteinfall auf die Solarzelle angegeben. Die Charakteristik einer Solarzelle mit Frontkontakten aus einer Ag-Paste ohne Zusatz von Phosphor (P) oder einer Phosphorverbindung ist durch die un­ terbrochene Linie angedeutet. Dagegen ist die Charakteristik der Solarzelle nach der Erfindung mit Frontkontakten aus einer Ag-Paste mit einem Zusatz an Phosphor (P) oder einer Phosphorverbindung durch die ununterbrochene Linie A darge­ stellt. Die unterbrochene Linie ist mit B bezeichnet. Bei der konventionellen Solarzelle entsprechend der unterbroche­ nen Linie B liegt ein relativ großer Kontaktwiderstand zwi­ schen den Frontkontakten und der Diffusionsschicht vor, wo­ bei der Füllfaktor etwa 0,5 ist. Im Vergleich zur konventio­ nellen Solarzelle ist dagegen bei der Solarzelle nach der Erfindung entsprechend der durchgehenden Linie A der Kon­ taktwiderstand zwischen den Frontkontakten 4 und der Diffu­ sionsschicht 2 erheblich vermindert. Das Ausgangssignal der Solarzelle nach der Erfindung ist daher erheblich größer als das der konventionellen Solarzelle. Ferner sind der Füllfak­ tor vergrößert, der etwa den Wert 0,75 annimmt, und der Wir­ kungsgrad der Energieumwandlung erhöht.

Es muß nicht unbedingt eine Ag-Paste zur Bildung der Front­ kontakte 4 verwendet werden. Eine entsprechende Metallpaste, die Cu oder Ni als Basismaterial enthält, kann ebenfalls zum Einsatz kommen. Die Metallpaste kann neben Phosphor noch an­ dere Elemente der fünften Gruppe des periodischen Systems oder entsprechende Verbindungen enthalten.

Der Antireflexionsbelag 3 kann aus TiO₂, SiO₂, Ta₂O₅, SnO₂ oder Si₃N₄ bestehen.

Claims (4)

1. Solarzelle mit

• - einem Halbleitersubstrat (1) mit einer n-dotierten Diffu­ sionsschicht (2),
• - einem auf der Diffusionsschicht (2) angeordneten Antire­ flexionsbelag (3) und
• - einem Frontkontakt (4), der die Diffusionsschicht durch den Antireflexionsbelag (3) hindurch kontaktiert und der aus einer Metallpaste hergestellt ist, die einen als Hauptmate­ rial dienenden Metallpuder, eine Glasurmasse und Phosphor in Dotierungsmengen von 0,05 Gew.-% bis etwa 0,3 Gew.-% ent­ hält.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Paste Cu, Ni oder, vorzugsweise, Ag ist.

3. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsbelag (3) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

4. Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material TiO₂, SiO₂, Ta₂O₅, SnO₂ oder Si₃O₄ ist.