EP1279196A1 - Method for producing a solar cell, and solar cell produced according to said method - Google Patents

Method for producing a solar cell, and solar cell produced according to said method

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EP1279196A1
EP1279196A1 EP01933632A EP01933632A EP1279196A1 EP 1279196 A1 EP1279196 A1 EP 1279196A1 EP 01933632 A EP01933632 A EP 01933632A EP 01933632 A EP01933632 A EP 01933632A EP 1279196 A1 EP1279196 A1 EP 1279196A1
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EP
European Patent Office
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solar cell
type
doping
layer
silicon
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Withdrawn
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EP01933632A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Fath
Katrin Faika
Ralph KÜHN
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Universitaet Konstanz
Original Assignee
Universitaet Konstanz
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell from crystalline silicon as well as a solar cell made from crystalline silicon using this method.
  • the industrial manufacture of conventional crystalline silicon solar cells isolates the p + n + junction by plasma-assisted etching, by mechanical edge grinding, by applying an insulating layer before the P diffusion and by using lasers.
  • the problem underlying the present invention is "that both conventional and novel crystalline silicon solar cells have the difficulty of electrically isolating p- and n-type doping layers. With the present invention, this becomes simple and elegant solved.
  • the problem can be avoided using a codiffusion process.
  • BSF back surface field
  • an aluminum layer alternative dopants such as gallium, boron, etc., which lead to a p-type line are also conceivable
  • PVD physical vapor deposition
  • nested p- and n-type doping regions are to be defined, as are required for back-contact, bifacial, high-voltage or floating junction solar cells, this can be done by using shading masks provided with the p-type grating.
  • the aluminum layer is then alloyed in during emitter diffusion. P diffusion is preferably from the gas phase using phosphorus-containing dopants such as POCI 3 , PH 3 , PBr 3 , etc. to perform.
  • P-containing pastes and liquids there are also alternative processes such as printing, spraying on or spinning on doping media (P-containing pastes and liquids) as well as depositing P-containing dielectric layers such as LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) or APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) - P : Si0 2 conceivable.
  • LPCVD low pressure chemical vapor deposition
  • APCVD atmospheric pressure chemical vapor deposition
  • the method according to the invention represents a significant improvement in the simple manufacture of novel solar cells such as back contact, light-sensitive and high-voltage solar cells on both sides. Furthermore, there will be significant impulses in the manufacture of future low-cost industrial solar cells using thin silicon wafers and the local back contact required. It may also simplify the current manufacturing process for conventional industrial solar cells.
  • the independence of the shunt values from the length of the alloyed back contact is an essential feature of the codiffused cells, particularly with regard to the transferability to more complex cell structures, ie the shunt values are statistically average for both the entire back contact and for a contact finger grid some 1000 ⁇ cm 2 .
  • Codiffusion process (temperatures, duration, 0 2 - / N 2 -drive-in step, ). This opens up the possibility of diffusing both low-resistance emitters for industrial solar cells and high-resistance emitters for high-performance solar cells.
  • the codiffusion process was applied to 5x5 cm 2 standard cells with both flat and grid-shaped BSF.
  • the shunt values of several 1000 ⁇ cm 2 could be reproduced several times.
  • the efficiencies of these codiffused cells without additional process steps Isolation of the p- and n-conducting regions reached values of up to 13.5%.
  • the process sequence was applied to novel solar cell structures (EWT solar cells). Efficiencies of up to 9.55%, recently even up to 10.1% (without ARC) could be achieved here. EWT solar cell production has been successfully tested on both Cz-Si and multicrystalline Si and EFG (Edge-defined Film-fed Growth) -Si.
  • a doping layer of the same doping type 2 is applied to a semiconductor wafer, preferably crystalline silicon 1. It is then alloyed in during a high-temperature step 3 with simultaneous formation of an emitter 4 at the locations not covered by 2. The emitter is preferably formed by diffusion from the gas phase. Then the front contact, if necessary a back contact 5 is applied.
  • An emitter layer is diffused along the entire surface of a semiconductor wafer, preferably made of crystalline silicon 1, after etching and cleaning steps 4. Subsequently, a doping layer 2 of the same doping type as the starting wafer is applied locally and applied at high temperature. Alloyed 3. A highly doped p + -BSF region 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9 are formed. This is removed in order to achieve electrical insulation between the p + and n + regions. During alloying, the emitter 4 covered by the doping layer 2 is overcompensated. A smaller back contact is then applied to the p + region 5.
  • FIG. 2a p-type crystalline silicon wafer 1
  • Fig. 2b Application of a p-type dopant layer 2
  • Fig. 2c Codiffusion process, i.e. Emitter formation (n-type) 4 with simultaneous alloying of the p-type dopant layer 3.
  • FIG. 2d Application of the front contact, if necessary also a rear contact with smaller dimensions than the alloyed p-type dopant layer 5.
  • Fig. 3a p-type crystalline silicon wafer 1
  • Fig. 3b Generation of an n-type emitter 4 by diffusion from the gas phase
  • Fig. 3c Application of a p-type dopant layer 2
  • Fig. 3d Overcompensation of the n-type emitter 4 by alloying the p-dopant layer with formation of a highly doped p + layer 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9
  • FIG. 3e removal of the metallic back contact 9, see above that only the highly doped p + region 7 remains 3f. depositing a front contact and a smaller base contact 5, so that the p + n + junction is unmetallized.
  • Fig. 4 Back contact solar cell:
  • a p-type dopant layer which after the codiffusion process forms a highly doped p + -BSF region 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9. This can, under certain circumstances, serve as a base contact. Alternatively, in order to achieve good conductivity, a new base contact with smaller dimensions can be applied again 5.
  • the n-type emitter 4 and a melt of p-type starting material 1 and the p-type dopant layer 2 formed thereon are formed at the same time.
  • the front contact is then applied 5.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a solar cell from crystalline silicon, and to a solar cell from crystalline silicon produced according to said method. According to the inventive method, neighboring p+n+ junctions are electrically insulated by simultaneously introducing a p- (3) and an n-conductive (4) dopant layer. The interleaved contact fingers of the inventive solar cell are electrically insulated with respect to one another by providing contiguous regions with different dopings.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und nach diesem Verfahren hergestellte Solarzelle Process for producing a solar cell and solar cell produced by this process
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus kristallinem Silizium sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Solarzelle aus kristallinem Silizium.The invention relates to a method for producing a solar cell from crystalline silicon as well as a solar cell made from crystalline silicon using this method.
Bei der Kontaktierung der Basis von kristallinen Siliziumsolarzellen durch Überkompensation des n-leitenden elektrisch aktiven Emitters treten Kurzschlüsse auf (siehe Fig. 1 ). Diese werden bedingt durch die direkte Verbindung des metallischen Rückkontaktes, der über die p+-Schicht die p-leitende Basis kontaktiert, zu der Emitterregion, die elektrisch leitend mit der umgebenden n+-Schicht verbunden ist.When contacting the base of crystalline silicon solar cells through overcompensation of the n-type electrically active emitter, short circuits occur (see FIG. 1). These are caused by the direct connection of the metallic back contact, which contacts the p-type base via the p + layer, to the emitter region, which is electrically conductively connected to the surrounding n + layer.
Um diese Kurzschlußbildung zu beseitigen, erfolgt bei der industriellen Fertigung von konventionellen kristallinen Silizium- Solarzellen die Isolation des p+n+-Übergangs durch plasmaunterstütztes Ätzen, durch mechanisches Kantenschleifen, durch Aufbringen einer isolierenden Schicht vor der P-Diffusion und durch Einsatz von Lasern.In order to eliminate this short circuit formation, the industrial manufacture of conventional crystalline silicon solar cells isolates the p + n + junction by plasma-assisted etching, by mechanical edge grinding, by applying an insulating layer before the P diffusion and by using lasers.
Bei komplexeren Zellgeometrien mit verschachtelten p- und n- leitenden Regionen (wie zum Beispiel EWT- (J.M. Gee, W.K. Schubert, P.A. Basore; „Emitter Wrap-Through Solar Cell"; 23rd IEEE Photo. Spec. Conf., 1993, p. 265-70), POWER-Solarzellen (G. Willeke, P. Fath; „The POWER Silicon solar cell concept"; 12th EC PVSEC, Amsterdam, 1994, Vol. 1 , p. 766-68), ...) erfolgt die Isolation des p+n+-Übergangs im Labormaßstab durch:For more complex cell geometries with interleaved p-type and n-type regions (such as EWT (Gee JM, WK Schubert, PA Basore; "emitter wrap-through solar cell", 23 rd IEEE Photo Spec Conf, 1993, p... . 265-70), POWER solar cells (G. Willeke, P. Fath; "The POWER Silicon solar cell concept", 12 th EC PVSEC, Amsterdam, 1994, Vol 1, p 766-68), ..... ) the p + n + transition is isolated on a laboratory scale by:
• plasmaunterstützes Ätzen• Plasma-assisted etching
• lokales Entfernen des rückseitigen Emitters (z.B. mittels einer Wafersäge oder eines Lasers) • Verwendung von dielektrischen Schichten als Diffusionsbarriere, kombiniert mit photolithographischen Methoden und Drucktechniken sowie naßchemischen Prozeßschritten.• Local removal of the rear emitter (eg using a wafer saw or a laser) • Use of dielectric layers as a diffusion barrier, combined with photolithographic methods and printing techniques as well as wet chemical process steps.
In den vergangenen Jahren wurde sowohl von Firmenseite (S. Roberts, K.C. Heasman, T.M. Bruton, R.W. Rüssel, D.W. Cunningham, „Interdigitated-contact Silicon Solar Cells Made without Photolithography", 2nd World Conference and Exhibition on PVSEC, Wien 1998, p. 1449-51 ) als auch von den führenden PV-Forschungeinrichtungen erfolglos versucht, durch der Erfindung ähnelnde Verfahren wie z.B. das nachträgliche Einlegieren von AI nach der P-Diffusion eine Isolation von p- und n- leitenden Schichten zu erzielen.Has been in recent years by both companies side (S. Roberts, KC Heasman, TM Bruton, RW Russel, DW Cunningham, "interdigitated-contact Silicon Solar Cells Made without Photolithography" 2 nd World Conference and Exhibition on PVSEC, Vienna 1998, p 1449-51) and the leading PV research institutes unsuccessfully attempted to achieve isolation of p- and n-conducting layers by methods similar to the invention, such as the subsequent alloying of Al after P-diffusion.
Die Nachteile der bekannten Lösungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:The disadvantages of the known solutions can be summarized as follows:
• zeit- und kostenintensiv• time and cost intensive
Zusätzliche Prozeßschritte zur Trennung der p- und n-leitenden Regionen insbesondere bei komplexeren Zellgeometrien sind bei der Produktion im Industriemaßstab von großem Nachteil. Die daraus resultierenden Kosten waren bisher ein Grund, warum sich z.B. Rückkontaktsolarzellen, trotz ihrer zahlreichen Vorteile bei der Modulverschaltung, in der industriellen Fertigung nicht durchgesetzt haben.Additional process steps for separating the p- and n-type regions, particularly in the case of more complex cell geometries, are of great disadvantage in production on an industrial scale. The resulting costs have been one reason why e.g. Back contact solar cells, despite their numerous advantages in module interconnection, have not prevailed in industrial production.
• physikalische Nachteile• physical disadvantages
1. Erzeugung offener, d.h. unpassivierter p-n-Übergänge beim mechanischen Randtrennen.1. Generation of open, i.e. unpassivated p-n transitions during mechanical edge separation.
2. durch plasmaunterstütztes Ätzen hervorgerufene Ober- flächenschädigungen, die sich aufgrund der damit verbundenen erhöhten Rekombination nachteilig auf die Zellgüte auswirken.2. Surface damage caused by plasma-assisted etching, which has a disadvantageous effect on the cell quality due to the associated increased recombination.
3. durch lokales mechanisches Abfräsen der Rückseite des Siliziumwafers befindet sich die Raumladungszone direkt an der Zelloberfläche. Die durch die Oberfläche ein- gebrachten Störniveaus sorgen für eine erhöhte Rekombination („Junction Edge Effects") -> Negative Auswirkungen insbesondere auf V '„ o„c und FF.3. by local mechanical milling of the back of the silicon wafer, the space charge zone is located directly on the cell surface. The through the surface brought interference levels ensure an increased recombination ("Junction Edge Effects") -> Negative effects especially on V '"o" c and FF.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin," daß sowohl bei konventionellen als auch bei neuartigen kristallinen Siliziumsolarzellen die Schwierigkeit der elektrischen Isolation p- und n-leitender Dotierschichten auftritt. Mit der vorliegenden Erfindung wird dies in einfacher und ele- ganter Art und Weise gelöst.The problem underlying the present invention is " that both conventional and novel crystalline silicon solar cells have the difficulty of electrically isolating p- and n-type doping layers. With the present invention, this becomes simple and elegant solved.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich die Vermeidung der Kurzschlußbildung zwischen aneinander grenzenden p- und n-leitenden Regionen ohne zusätz- liehe Prozeßschritte zur Isolation derselben, wird wie im folgenden beschrieben gelöst:The object on which the present invention is based, namely the avoidance of the formation of a short circuit between adjoining p- and n-conducting regions without additional process steps for isolating the same, is achieved as described below:
Das Problem kann unter Verwendung eines Codiffusionsprozes- ses vermieden werden. Hierunter wird die gleichzeitige Bildung von Emitter und Back Surface Field (BSF) in einem Hochtemperaturschritt verstanden. Bei dieser Prozeßsequenz wird direkt nach anfänglichen Reinigungsschritten eine Aluminumschicht (es sind auch alternative Dotierstoffe wie Gallium, Bor, etc., die zu einer p-Leitung führen, denkbar) auf die Waferrückseite aufgebracht. Dies kann im industriellen Maßstab durch PVD (physical vapour deposition) Verfahren wie thermische oder elektronenstrahlunterstutzt.es Aufdampfen sowie Sputtern oder Siebdruck erfolgen. Sollen ineinander verschachtelte p- und n- Typ Dotierregionen definiert werden, wie sie bei Rückkontakt-, Bifacial-, Hochvolt- oder Floating Junction Solarzellen erforderlich sind, so kann dies durch Verwendung von mit dem p-Typ- Gitter versehenen Abschattungsmasken erfolgen. Anschließend wird die Aluminiumschicht während der Emitter-Diffusion einlegiert. Die P-Diffusion ist bevorzugt aus der Gasphase unter Verwendung phosphorhaltiger Dotierstoffe wie POCI3, PH3, PBr3, etc. durchzuführen. Es sind auch alternative Verfahren wie das Aufdrucken, Aufsprühen oder Aufspinnen von Dotiermedien (P- haltige Pasten und Flüssigkeiten) sowie das Abscheiden P- haltiger dielektrischer Schichten wie LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) oder APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) - P:Si02 denkbar.The problem can be avoided using a codiffusion process. This means the simultaneous formation of emitter and back surface field (BSF) in one high temperature step. In this process sequence, an aluminum layer (alternative dopants such as gallium, boron, etc., which lead to a p-type line are also conceivable) is applied to the back of the wafer directly after the initial cleaning steps. This can be done on an industrial scale by PVD (physical vapor deposition) processes such as thermal or electron beam assisted evaporation, sputtering or screen printing. If nested p- and n-type doping regions are to be defined, as are required for back-contact, bifacial, high-voltage or floating junction solar cells, this can be done by using shading masks provided with the p-type grating. The aluminum layer is then alloyed in during emitter diffusion. P diffusion is preferably from the gas phase using phosphorus-containing dopants such as POCI 3 , PH 3 , PBr 3 , etc. to perform. There are also alternative processes such as printing, spraying on or spinning on doping media (P-containing pastes and liquids) as well as depositing P-containing dielectric layers such as LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) or APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) - P : Si0 2 conceivable.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine wesentliche Verbesserung bei der einfachen Herstellung neuartiger Solarzellen wie Rückkontakt-, beidseitig lichtsensitiver und Hochspannungssolarzellen darstellt. Desweiteren wird es wesentliche Impulse bei der Fertigung zukünftiger kostengünstiger Industriesolarzellen unter Verwendung von dünnen Siliziumwafern und der dabei erforderlichen lokalen Rückkontaktierung geben. Ferner kann es zu einer Vereinfachung des gegenwärtigen Herstellungsverfahrens von konventionellen Industriesolarzellen führen.In summary, it can be said that the method according to the invention represents a significant improvement in the simple manufacture of novel solar cells such as back contact, light-sensitive and high-voltage solar cells on both sides. Furthermore, there will be significant impulses in the manufacture of future low-cost industrial solar cells using thin silicon wafers and the local back contact required. It may also simplify the current manufacturing process for conventional industrial solar cells.
Die Vorteile der Erfindung stellen sich wie folgt dar: • Vereinfachte Prozeßführung -> Kostenersparnis:The advantages of the invention are as follows: • Simplified process control -> cost savings:
Unter Verwendung des Codiffusionsprozesses werden drei Prozeßschritte der Standardherstellung -> Emitterbildung -> BSF-Bildung -> Prozeßschritte zur Isolation des pn-Übergangs durch einen einzigen Hochtemperaturschritt ersetzt, wobei die allgemein gebräuchlichen Prozeßschritte zur Isolation des pn- Übergangs zumeist mehrere aufwendige Einzelschritte umfassen (z.B. Abscheidung von Siliziumnitrid (SiN) erfolgt ganz- flächig -> Aufbringen von Ätzlack -> Entfernen des SiN an den unbelackten Stellen -> ....).Using the codiffusion process, three process steps of standard production -> emitter formation -> BSF formation -> process steps for isolating the pn junction are replaced by a single high-temperature step, the generally used process steps for isolating the pn junction usually comprising several complex individual steps (e.g. Silicon nitride (SiN) is deposited over the entire surface -> applying etching lacquer -> removing the SiN at the uncoated areas -> ....).
Sehr hohe Ströme aufgrund des rückseitigen elektrisch aktiven Emitters. • Außerdem ist die Unabhängigkeit der Shunt-Werte von der Länge des einlegierten Rückkontaktes insbesondere im Hinblick auf die Übertragbarkeit auf komplexere Zellstrukturen ein wesentliches Merkmal der codiffundierten Zellen, d.h. die Shunt-Werte liegen sowohl für den ganzflächigen Rückkontakt als auch für ein Kontaktfingergrid im statistischen Mittel bei einigen 1000 Ωcm2.Very high currents due to the electrically active emitter on the back. • In addition, the independence of the shunt values from the length of the alloyed back contact is an essential feature of the codiffused cells, particularly with regard to the transferability to more complex cell structures, ie the shunt values are statistically average for both the entire back contact and for a contact finger grid some 1000 Ωcm 2 .
• Ein weiterer Vorteil dieser Sequenz ist die Unabhängigkeit der Shunt-Werte vom gewählten Parametersatz während des• Another advantage of this sequence is the independence of the shunt values from the selected parameter set during the
Codiffusionsprozesses (Temperaturen, Dauer, 02-/N2-Drive-in- Schritt, ...). Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, sowohl niederohmige Emitter für Industriesolarzellen als auch hoch- ohmige Emitter für Hochleistungssolarzellen zu diffundieren.Codiffusion process (temperatures, duration, 0 2 - / N 2 -drive-in step, ...). This opens up the possibility of diffusing both low-resistance emitters for industrial solar cells and high-resistance emitters for high-performance solar cells.
• Ein weiterer aus der Literatur bekannter Vorteil des Codiffusionsprozesses ist die verbesserte Getterwirkung von Verunreinigungen, insbesondere bei minderwertigerem mc-Si.Another advantage of the codiffusion process known from the literature is the improved gettering effect of impurities, in particular in the case of inferior mc-Si.
In Fig. 1 ist dargestellt, wie Überkompensation zur Kurzschlußbildung führt:1 shows how overcompensation leads to short-circuit formation:
1. p-leitendes Basismaterial 11.p-type base material 1
2. Emitterbildung (n+) durch Diffusion aus der Gasphase 42. Emitter formation (n + ) by diffusion from the gas phase 4
3. Einlegieren einer p-leitenden Dotierschicht, dabei wird der rückseitige Emitter überkompensiert, es bildet sich eine hochdotierte p+-BSF-Region 43. Alloying a p-type doping layer, the rear emitter is overcompensated, a highly doped p + -BSF region 4 is formed
4. Shunt-Bildung am pV-Übergang 8.4. Shunt formation at the pV junction 8.
Die Erfindung wurde, wie im folgenden beschrieben, erprobt:The invention was tested as described below:
Der Codiffusionsprozeß wurde auf 5x5 cm2 große Standardzellen sowohl mit flächigem als auch mit gridförmigem BSF angewendet. Die Shunt-Werte von mehreren 1000 Ωcm2 konnten mehrfach reproduziert werden. Die Wirkungsgrade dieser codiffundierten Zellen ohne zusätzliche Prozeßschritte zur Isolation der p- und n-leitenden Regionen erreichten Werte von bis zu 13,5 %. Außerdem wurde die Prozeßsequenz auf neuartige Solarzellenstrukturen (EWT-Solarzellen) angewendet. Es konnten hier Wirkungsgrade von bis zu 9,55 %, neuerdings sogar bis zu 10,1 % (ohne ARC) erreicht werden. Die EWT- Solarzellenherstellung wurde erfolgreich sowohl an Cz-Si als auch an multikristallinem-Si und EFG (Edge-defined Film-fed Growth)-Si erprobt. Die Jsc-Werte von flachen Cz-Si EWT Zellen ohne ARC betrugen: 25,4 mA/cm2, von flachen mc-Si EWT Solarzellen ohne ARC: 23,4 mA/cm2 Die limitierenden Faktoren bei diesem Prozeß sind nicht optimierte Serienwiderstände.The codiffusion process was applied to 5x5 cm 2 standard cells with both flat and grid-shaped BSF. The shunt values of several 1000 Ωcm 2 could be reproduced several times. The efficiencies of these codiffused cells without additional process steps Isolation of the p- and n-conducting regions reached values of up to 13.5%. In addition, the process sequence was applied to novel solar cell structures (EWT solar cells). Efficiencies of up to 9.55%, recently even up to 10.1% (without ARC) could be achieved here. EWT solar cell production has been successfully tested on both Cz-Si and multicrystalline Si and EFG (Edge-defined Film-fed Growth) -Si. The J sc values of flat Cz-Si EWT cells without ARC were: 25.4 mA / cm 2 , of flat mc-Si EWT solar cells without ARC: 23.4 mA / cm 2 The limiting factors in this process are not optimized series resistors.
Im folgenden wird die Er indung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:In the following, it will be explained in more detail using two exemplary embodiments. Show it:
Fig. 2a bis 2d:2a to 2d:
Auf eine Halbleiterscheibe, bevorzugt kristallines Silizium 1 , wird nach Ätz- und Reinigungsschritten eine Dotierschicht gleichen Dotiertyps 2 aufgebracht. Anschließend wird diese während eines Hochtemperaturschrittes einlegiert 3 unter gleichzeitiger Bildung eines Emitters 4 an den durch 2 nicht bedeckten Stellen. Die Emitterbildung erfolgt bevorzugt durch Diffusion aus der Gasphase. Danach wird der Frontkontakt, bei Bedarf zusätzlich ein Rückkontakt 5 aufgebracht.After etching and cleaning steps, a doping layer of the same doping type 2 is applied to a semiconductor wafer, preferably crystalline silicon 1. It is then alloyed in during a high-temperature step 3 with simultaneous formation of an emitter 4 at the locations not covered by 2. The emitter is preferably formed by diffusion from the gas phase. Then the front contact, if necessary a back contact 5 is applied.
Fig. 3a bis 3f:3a to 3f:
Entlang der gesamten Oberfläche einer Halbleiterscheibe, bevorzugt aus kristallinem Silizium 1 , wird nach Ätz- und Reinigungsschritten eine Emitterschicht diffundiert 4. Anschließend wird lokal eine Dotierschicht 2 gleichen Dotiertyps wie die Aus- gangsscheibe aufgebracht und bei hoher Temperatur ein- legiert 3. Es bildet sich eine hochdotierte p+-BSF-Region 7 und ein metallischer Rückkontakt eutektischer Zusammensetzung 9. Dieser wird entfernt, um eine elektrische Isolation zwischen den p+- und n+-Regionen zu erzielen. Während des Legierens wird der von der Dotierschicht 2 bedeckte Emitter 4 überkompensiert. Anschließend wird ein kleinerer Rückkontakt auf die p+-Region aufgebracht 5.An emitter layer is diffused along the entire surface of a semiconductor wafer, preferably made of crystalline silicon 1, after etching and cleaning steps 4. Subsequently, a doping layer 2 of the same doping type as the starting wafer is applied locally and applied at high temperature. Alloyed 3. A highly doped p + -BSF region 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9 are formed. This is removed in order to achieve electrical insulation between the p + and n + regions. During alloying, the emitter 4 covered by the doping layer 2 is overcompensated. A smaller back contact is then applied to the p + region 5.
Es folgt eine Beschreibung der Erfindung anhand von Aus- führungsbeispielen:The invention is described on the basis of exemplary embodiments:
Fig. 2a-2d: Codiffusionsprozeß2a-2d: Codiffusion process
Fig. 2a: p-leitender kristalliner Siliziumwafer 1 Fig. 2b: Aufbringen einer p-leitenden Dotierstoffschicht 2 Fig. 2c: Codiffusionsprozeß, d.h. Emitterbildung (n-leitend) 4 unter gleichzeitigem Einlegieren der p-leitenden Dotierstoffschicht 3. Fig. 2d: Aufbringen des Frontkontaktes, bei Bedarf auch eines Rückkontaktes mit kleineren Ausmaßen als die einlegierte p-leitende Dotierstoffschicht 5.Fig. 2a: p-type crystalline silicon wafer 1 Fig. 2b: Application of a p-type dopant layer 2 Fig. 2c: Codiffusion process, i.e. Emitter formation (n-type) 4 with simultaneous alloying of the p-type dopant layer 3. FIG. 2d: Application of the front contact, if necessary also a rear contact with smaller dimensions than the alloyed p-type dopant layer 5.
Fig. 3a-3f: Al-Si-Ätzen:3a-3f: Al-Si etching:
Fig. 3a: p-leitender kristalliner Siliziumwafer 1 Fig. 3b: Erzeugung eines n-leitenden Emitters 4 durch Diffusion aus der Gasphase Fig. 3c: Aufbringen einer p-leitenden Dotierstoffschicht 2 Fig. 3d: Überkompensation des n-leitenden Emitters 4 durch Einlegieren der p-Dotierstoffschicht unter Bildung einer hochdotierten p+-Schicht 7 und eines metallischen Rückkontaktes eutektischer Zusammensetzung 9 Fig. 3e: Entfernen des metallischen Rückkontaktes 9, so daß nur die hochdotierte p+-Region 7 übrig bleibt Fig. 3f: Aufbringen eines Frontkontaktes und eines kleineren Basiskontaktes 5, damit der p+n+-Übergang unmetallisiert bleibt.Fig. 3a: p-type crystalline silicon wafer 1 Fig. 3b: Generation of an n-type emitter 4 by diffusion from the gas phase Fig. 3c: Application of a p-type dopant layer 2 Fig. 3d: Overcompensation of the n-type emitter 4 by alloying the p-dopant layer with formation of a highly doped p + layer 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9 FIG. 3e: removal of the metallic back contact 9, see above that only the highly doped p + region 7 remains 3f. depositing a front contact and a smaller base contact 5, so that the p + n + junction is unmetallized.
Fig. 4: Rückkontaktsolarzelle:Fig. 4: Back contact solar cell:
p-leitendes Basismaterial 1p-type base material 1
Aufbringen einer ebenfalls p-leitenden Dotierstoffschicht, diese bildet nach dem Codiffusionsprozeß eine hochdotierte p+-BSF-Region 7 sowie einen metallischen Rückkontakt eutektischer Zusammensetzung 9. Dieser kann unter Umständen als Basiskontakt dienen. Alternativ kann man, um eine gute Leitfähigkeit zu erzielen, auch nochmals einen neuen Basiskontakt mit kleineren Ausmaßen aufbringen 5.Application of a p-type dopant layer, which after the codiffusion process forms a highly doped p + -BSF region 7 and a metallic back contact of eutectic composition 9. This can, under certain circumstances, serve as a base contact. Alternatively, in order to achieve good conductivity, a new base contact with smaller dimensions can be applied again 5.
Während des Codiffusionsprozesses bildet sich gleichzeitig der n-leitende Emitter 4 sowie eine Schmelze aus p-leitenden Ausgangsmaterial 1 und der darauf aufgebrachten p- leitenden Dotierstoffschicht 2. - Anschließend wird der Frontkontakt aufgebracht 5. During the codiffusion process, the n-type emitter 4 and a melt of p-type starting material 1 and the p-type dopant layer 2 formed thereon are formed at the same time. The front contact is then applied 5.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen aus kristallinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß durch gleichzeitiges Einbringen einer p- (3) und n-leitenden (4) Dotierschicht eine elektrische Isolation benachbarter pV-Über- gänge erzeugt wird.1. A process for the production of solar cells from crystalline silicon, characterized in that an electrical insulation of adjacent pV junctions is produced by the simultaneous introduction of a p- (3) and n-conductive (4) doping layer.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Silizium (1 ) p-leitend ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the crystalline silicon (1) is p-conductive.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht (4) aus phosphordotiertem Silizium besteht.3. The method according to claim 1, characterized in that the n-type layer (4) consists of phosphorus-doped silicon.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die p-leitende Schicht aus aluminiumdotiertem Silizium besteht.4. The method according to claim 1, characterized in that the p-type layer consists of aluminum-doped silicon.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die p-leitende Schicht durch Aufbringen eines p-leitenden Dotierstoffes (2) und anschließendem Eintempern bei erhöhten Temperaturen erfolgt.5. The method according to claim 1, characterized in that the p-type layer is carried out by applying a p-type dopant (2) and subsequent tempering at elevated temperatures.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff aus Aluminium oder einer aluminiumenthaltenden Substanz besteht.6. The method according to claim 5, characterized in that the dopant consists of aluminum or an aluminum-containing substance.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium bzw. die Al-haltige Substanz bevorzugt aufgedampft wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the aluminum or the Al-containing substance is preferably evaporated.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht bevorzugt durch Diffusion aus der Gasphase aufgebracht wird.8. The method according to claim 1 or claim 3, characterized in that the n-type layer is preferred is applied by diffusion from the gas phase.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der aus der Gasphase diffundierten Schicht bevorzugt um phosphordotiertes Silizium handelt (4).9. The method according to claim 8, characterized in that the layer diffused from the gas phase is preferably phosphorus-doped silicon (4).
10. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine p-leitende Dotierstoffschicht auf das kristalline p-leitende Silizium auf- gebracht wird und bei gleichzeitiger Phosphordiffusion einlegiert wird.10. The method according to the preceding claims, characterized in that first a p-type dopant layer is applied to the crystalline p-type silicon and is alloyed with simultaneous phosphorus diffusion.
11. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das gleichzeitige Einbringen bei hohen Temperaturen, bevorzugt zwischen 750 und 105011. The method according to the preceding claims, characterized in that the simultaneous introduction at high temperatures, preferably between 750 and 1050
Grad Celsius erfolgt.Degrees Celsius.
12. Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Diffusion sowohl ein Stickstoff- als auch ein Sauerstoff- oder gar kein Drive-in¬12. The method according to the preceding claims, characterized in that after the diffusion both a nitrogen and an oxygen or no drive-in¬
Schritt erfolgen kann.Step can take place.
13. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen aus kristallinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Isolation zwischen p- und n-dotierten Schichten, eine p- dotierstoffhaltige Schicht auf eine n-Typ-Schicht aufgebracht wird, diese hohen Temperaturen ausgesetzt wird und anschließend die dotierstoffhaltige Schicht (9) entfernt wird.13. A method for producing solar cells from crystalline silicon, characterized in that a p-dopant-containing layer is applied to an n-type layer for electrical insulation between p- and n-doped layers, these are exposed to high temperatures and then the dopant-containing layer (9) is removed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Silizium (1 ) p-leitend ist.14. The method according to claim 13, characterized in that the crystalline silicon (1) is p-conductive.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht (4) bevorzugt aus phosphordotiertem Silizium' besteht.15. The method according to claim 13, characterized in that the n-type layer (4) preferably made of phosphorus-doped Silicon ' exists.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die n-leitende Schicht bevorzugt aus der Gasphase erzeugt wird.16. The method according to claim 15, characterized in that the n-type layer is preferably generated from the gas phase.
17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die p-leitende Schicht (3) aus aluminiumdotiertem Silizium besteht.17. The method according to claim 13, characterized in that the p-type layer (3) consists of aluminum-doped silicon.
18. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das aluminiumdotierte Si durch Aufbringen von Aluminium oder einer aluminiumenthaltenden Substanz erzeugt werden kann.18. The method according to claim 13, characterized in that the aluminum-doped Si can be produced by applying aluminum or an aluminum-containing substance.
19. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die phosphorhaltige Schicht und anschließend die Al-haltige Schicht aufgebracht wird.19. The method according to claim 13, characterized in that first the phosphorus-containing layer and then the Al-containing layer is applied.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Al-haltige Schicht die phosphorhaltige Schicht überkompensiert.20. The method according to claim 19, characterized in that the Al-containing layer overcompensates the phosphorus-containing layer.
21. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich während des Legierungsprozesses eine hochdotierte p+-Region bildet.21. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a highly doped p + region forms during the alloying process.
22. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige Al-Si- Gemisch nach dem Legierungsschritt entfernt wird.22. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the excess Al-Si mixture is removed after the alloying step.
23. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß. auf die hochdotierte p+- Region ein neuer schmalerer Kontakt aufgebracht wird. 23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that. a new, narrower contact is applied to the highly doped p + region.
24. Solarzelle aus kristallinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß verschachtelte Kontaktfinger durch Aneinanderstoßen unterschiedlicher Dotierregionen voneinander elektrisch isoliert sind.24. Solar cell made of crystalline silicon, characterized in that nested contact fingers are electrically insulated from one another by abutting different doping regions.
25. Solarzelle aus kristallinem Silizium nach vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Dotierregionen durch eines der in Anspruch 1 bis 23 beschriebenen Verfahren voneinander elektrisch isoliert sind.25. Solar cell made of crystalline silicon according to the preceding claim, characterized in that the different doping regions are electrically isolated from one another by one of the methods described in claims 1 to 23.
26. Solarzelle aus kristallinem Silizium nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die verschachtelten Kontaktfinger auf einer Seite der Solarzelle ausgeführt sind.26. Solar cell made of crystalline silicon according to claim 24, characterized in that the nested contact fingers are designed on one side of the solar cell.
27. Solarzelle aus kristallinem Silizium nach vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle aus einer Siliziumscheibe besteht, daß die Dotierregion eines Dotiertyps auf einer Seite der Silizuimscheibe mittels Löcher mit der Dotierregion gleichen Dotiertyps auf der gegenüberliegenden Seite elektrisch verbunden wird.27. Solar cell made of crystalline silicon according to the preceding claim, characterized in that the solar cell consists of a silicon wafer, that the doping region of a doping type on one side of the silicon wafer is electrically connected by means of holes with the doping region of the same doping type on the opposite side.
28. Solarzelle aus kristallinem Silizium nach vorangegangenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle aus einer Siliziumscheibe besteht, daß die Dotierregion eines28. Solar cell made of crystalline silicon according to the preceding claim, characterized in that the solar cell consists of a silicon wafer, that the doping region
Dotiertyps auf einer Seite der Silizuimscheibe mittels extern ausgeführten elektrischen Kontakten mit der Dotierregion gleichen Dotiertyps auf der gegenüberliegenden Seite elektrisch verbunden wird.Doping type on one side of the silicon wafer is electrically connected to the doping region of the same doping type on the opposite side by means of externally implemented electrical contacts.
29. Solarzelle aus kristallinem Silizium, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle aus einer Siliziumscheibe besteht, .welche aneinanderstoßende unterschiedliche Dotierregionen auf einer Seite enthält, die durch eines der in den Ansprüchen 1 bis 23 beschriebenen Verfahren voneinander elektrisch isoliert sind, und eine Dotierregion eines Dotiertyps auf der anderen Scheibenseite enthält, wobei eine Dotierregion einer Seite mit elektrischen Kontakten versehen wird, und die Dotierregion des anderen Dotiertyps auf der anderen Seite mit elektrischen Kontakten versehen wird. 29. Solar cell made of crystalline silicon, characterized in that the solar cell consists of a silicon wafer, which contains abutting different doping regions on one side, by one of the methods described in claims 1 to 23 are electrically insulated from one another and contains a doping region of a doping type on the other side of the wafer, a doping region on one side being provided with electrical contacts and the doping region of the other doping type being provided with electrical contacts on the other side.
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