EP1859486A1 - Solarzelle - Google Patents

Solarzelle

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Publication number
EP1859486A1
EP1859486A1 EP06707276A EP06707276A EP1859486A1 EP 1859486 A1 EP1859486 A1 EP 1859486A1 EP 06707276 A EP06707276 A EP 06707276A EP 06707276 A EP06707276 A EP 06707276A EP 1859486 A1 EP1859486 A1 EP 1859486A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
solar cell
cell according
doped
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06707276A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Viet Nguyen
Philipp Johannes Rostan
Uwe Rau
Markus Schubert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Q Cells SE
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
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Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart filed Critical Universitaet Stuttgart
Publication of EP1859486A1 publication Critical patent/EP1859486A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a solar cell, in particular a solar cell with improved back contact to achieve a higher efficiency.
  • the back contacts are formed, for example, as a continuous metal layer, then recombination losses at the metal-semiconductor interface lead to a drop in the efficiency. For this reason, the back contacts are usually formed as point or line contacts, which are preferably applied by screen printing.
  • Full-surface back contacts also produce strong mechanical stresses when cooling on thin silicon wafers, which in turn leads to breakage and to difficult processability.
  • Screen printing processes are also relatively expensive and require temperatures of at least about 400 ° C. Such high temperatures mean that the problem with thin wafers is that they break easily in the process and the production yield is thus substantially reduced.
  • the special screen printing pastes are a major cost factor in solar cell production and, moreover, their composition and the reproducibility of the contact formation are difficult to control.
  • a solar cell is known in which the base material is provided with a p-doped and at the back with a passivation layer of highly doped material p +. There's a layer on it transparent, electrically conductive material, such as ITO (indium tin oxide) applied, on which the electrodes are applied as a point or line electrode.
  • the transparent, electrically conductive layer can be produced by a sputtering process, whereby a maximum temperature of 200 0 C is not exceeded.
  • the electrically conductive translucent layer of ITO or the like is applied on both sides of the substrate in order to avoid bending stresses that may lead to buckling of the cell (See Patent Abstract of Japan, JP-A-20031977943).
  • the invention is therefore based on the object to provide an improved solar cell, in which a good back contact is guaranteed even when using p-doped material.
  • the solar cell should be as inexpensive to produce and have the highest possible efficiency.
  • This object is achieved by a solar cell having a base layer with a first doping, which forms a boundary layer with a front layer having a second doping of opposite polarity (E-center), with at least one front contact and at least one back contact, wherein between the base layer and the back contact at least one passivation layer and a tunnel contact layer are arranged.
  • a tunnel contact layer makes it possible to achieve a particularly high-quality contacting with an electron conductor, for example with a metal or with a transparent conductor, such as zinc oxide or ITO, even when using p-doped material as the base material.
  • the passivation layer consists of doped material of the same polarity as the base layer.
  • the back contact as a metallic surface contact, without the efficiency is thereby deteriorated.
  • a transparent electrically conductive layer is provided in an advantageous development of the invention between the tunnel contact layer and the back contact, which preferably consists of zinc oxide, indium tin oxide or a conductive polymer. This layer is also used for Improvement of the reflection on the back, whereby the efficiency is increased.
  • the back contact and possibly the front contact may be metallic and may consist of aluminum or, in the case of particularly high-quality applications, gold, silver or another metal.
  • the passivation layer is preferably made of amorphous silicon (a-Si).
  • the tunnel contact layer is preferably made of microcrystalline silicon ( ⁇ c-Si).
  • ⁇ c-Si microcrystalline silicon
  • it may consist of a first highly doped layer of the same polarity as the base layer followed by a second highly doped layer of opposite polarity.
  • the passivation layer is preferably a p-doped layer, followed by the tunnel contact layer in the form of a highly doped p + layer, to which a highly doped n + -. Layer connects.
  • the n + layer can then be easily and reliably contacted with an electronically conductive material, such as ZnO.
  • High doped in this context means that the layer has a higher doping than the base material, that is the number of doping atoms per unit volume is for example at least one order of magnitude larger.
  • the tunnel contact layer waiving an n + -layer with only a first p-layer, followed by a second pH-layer, which preferably consists both of ⁇ c-Si.
  • a thin undoped (intrinsic) layer of a-Si is arranged between the passivation layer and the base layer.
  • This intrinsic layer serves as a buffer between the wafer and the passivation layer. In combination, this results in a particularly good passivation.
  • At least the passivation layer, the tunnel contact layer or the intrinsic layer contains hydrogen.
  • the base material of the solar cell is preferably made of monocrystalline silicon, if a particularly high efficiency is desired.
  • the base material may also consist of multicrystalline silicon (mc-Si).
  • the light-side structure of the solar cell can be designed in any manner as known in principle in the prior art.
  • metallic front contacts can be used, while the light-side surface of the solar cell is made with a reflection-reducing passivation layer such as SiO 2 . It is understood that the passivation layer is interrupted in the region of the front contacts.
  • the light-side structure of the solar cell as generally known in the art as HeteroÜganggang, for example with a-Si emitter, at low process temperature of at most about 250 0 C, preferably of at most 200 0 C are performed.
  • the layers of the solar cell are preferably applied by the thin-film method, in particular by plasma CVD, by sputtering or by catalytic CVD (Hot Wire CVD).
  • the process temperature in the entire production of the solar cell can be limited to temperatures of at most about 250 ° C., preferably of at most 200 ° C. In this way, bending, buckling and fracture of the solar cell can be avoided even when using thin substrate material.
  • FIGURE 1 shows a partial section through a solar cell according to the invention in a simplified representation.
  • FIG. 1 shows a solar cell according to the invention is shown schematically in cross-section and designated by numeral 10 in total.
  • the solar cell 10 has a p-doped base layer 12 of monocrystalline silicon.
  • an n-doped silicon layer 14 is applied, which forms an interface layer (pn junction) with the base layer 12.
  • the n-doped silicon layer 14 is preferably structured such that the reflections are reduced.
  • a contact on the front side with front contacts 18 can be made, for example, by means of aluminum contacts.
  • clocks are made, which are preferably contacted in each case over a region 20 with a highly doped n + layer.
  • the front layer 14 is passivated by a passivation layer 16, which may be made of SiO 2 , for example.
  • the base layer 12 is followed on the back by a thin intrinsic layer 22 of amorphous silicon.
  • the intrinsic layer 22 is followed by a passivation layer 24, which is preferably formed as a p-doped a-Si layer.
  • This layer 24 is followed by another layer 26 of microcrystalline silicon ⁇ c-Si, which is highly doped (p +) ⁇
  • ⁇ c-Si layer 26 another layer 28 of microcrystalline silicon ⁇ c-Si connects, which is also highly doped, but with the opposite polarity (n +).
  • the two layers 26, 28 of ⁇ c-Si with p + doping, followed by n + doping together form a tunnel contact layer.
  • n + -doped ⁇ c-Si layer 28 is followed by a zinc oxide layer 30, on which the back contact layer 32 is applied as a continuous metallic layer, which may be made of aluminum, for example.
  • the layers 22 to 28 preferably contain hydrogen in a proportion of between 1 and 20 at.%. This layer construction ensures a very good contacting of the base layer 12 with an electron conductor, although the base layer 12 is a weakly p-doped layer. This is achieved in particular by the tunnel contact layer 26, 28, which is formed from the microcrystalline p + layer followed by the microcrystalline n + layer. Alternatively, the tunnel contact layer 26, 28 may consist of a first p-doped a-Si or ⁇ c-Si layer followed by a pH-doped microcrystalline ⁇ c-Si layer with equally good results.
  • the layer thickness of the only optionally used intrinsic a-Si layer 22 is preferably between about 5 and 20 nm, preferably about 10 nm.
  • the layer thickness of the passivation layer 24 is preferably between about 20 and 60 nm, preferably about 40 nm.
  • the layer thickness of the microcrystalline layer 26 is preferably between about 5 and 25 nm, in particular about 10 nm.
  • the layer thickness of the microcrystalline layer 28 is preferably between about 1 and 15 nm, in particular about 5 nm.
  • the thickness of the transparent electrically conductive layer of ZnO, ITO or the like is preferably between about 20 and 150 nm, in particular between about 40 and 120 nm, for example about 80 nm.
  • the rear contact layer 32 made of aluminum may have a thickness between about 0.5 and 5 ⁇ m, for example 1 ⁇ m.
  • the electrically conductive layer 30 of (in the wavelength range of interest) transparent material, such as ZnO, improves the reflection of the back contact layer 32 and thus the efficiency.
  • ZnO transparent material
  • the application of the layers to the base layer takes place by means of a suitable thin-layer method, such as plasma enhanced CVD (PECVD), sputtering, hot-wire CVD etc.
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • sputtering sputtering
  • hot-wire CVD hot-wire CVD
  • the preferred hydrogen diffusion within the layers 22 to 28 is effected by a final temperature increase up to about 200 ° C.
  • the intrinsic a-Si layer was deposited in PECVD with silane (SiH 4 ) and hydrogen at a plasma frequency of 13.56 MHz and a pressure of 200 mTorr and a power of 4 watts.
  • the doped a-Si layer was fabricated with silane, hydrogen and diborane (B 2 H 6 ), alternatively with phosphine (PH 4 ) at 80 MHz plasma frequency and a pressure of 400 mTorr and a power of 20 watts.
  • a wire temperature of about 1700 0 C and a pressure of 100 mTorr is used. All depositions are carried out in high or ultra-high vacuum systems.
  • the back contact according to the invention is suitable for all silicon solar cells, regardless of the type of contact used on the front.

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Abstract

Es wird eine Solarzelle mit einer Basisschicht (12) mit einer ersten Dotierung, die mit einer Frontschicht (14) mit einer zweiten Dotierung umgekehrter Polarität eine Grenzschicht bildet, angegeben, mit mindestens einem Frontkontakt (18) und mindestens einem Rückkontakt (32), wobei zwischen der Basisschicht (12) und dem Rückkontakt (32) mindestens eine Passivierungsschicht (24) und eine Tunnelkontaktschicht (26, 28) angeordnet sind.

Description

SOLARZELLE
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, insbesondere eine Solarzelle mit verbessertem Rückkontakt zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrades.
In der Solarzellentechnik gehen die Bestrebungen ständig dorthin, mit möglichst niedrigen Kosten besonders hohe Wirkungsgrade zu erzielen.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Substratmaterial können hierbei im Labor zwar teilweise Wirkungsgrade von mehr als 20 % erzielt werden, jedoch liegen die typischen Wirkungsgrade von handelsüblichen Solarmodulen deutlich unter 20 %. Für höchste Wirkungsgrade wird als Basismaterial monokristallines Silizium verwendet, das zur Reduzierung der Kosten mit möglichst geringer Stärke verwendet werden soll. Ein Problem stellt in diesem Zusammenhang immer die Aufbringung der Rückkontakte dar.
Werden die Rückkontakte beispielsweise als durchgehende Metallschicht ausgebildet, so führen Rekombinationsverluste an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche zu einem Abfall des Wirkungsgrades . Aus diesem Grunde werden die Rückkontakte normalerweise als Punkt- bzw. Linienkontakte ausgebildet, die bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.
Ganzflächige Rückkontakte erzeugen beim Abkühlen auf dünnen Siliziumscheiben außerdem starke mechanische Spannungen, die wiederum zum Bruch und zu erschwerter Prozessierbarkeit führen.
Siebdruckverfahren sind außerdem relativ aufwändig und benötigen Temperaturen von mindestens etwa 4000C. Durch derartig hohe Temperaturen besteht bei Verwendung von dünnen Wafern allerdings das Problem, dass diese im Prozess leicht brechen und die Produktionsausbeute somit wesentlich verringert wird. Die speziellen Siebdruckpasten sind ein wesentlicher Kostenfaktor in der Solarzellenherstellung und überdies in ihrer Zusammensetzung und der Reproduzierbarkeit der Kontaktbildung aufwändig zu kontrollieren.
Aus der JP 10135497 A (Patent Abstracts of Japan) ist eine Solarzelle bekannt, bei der das Basismaterial ein p-dotiertes und an der Rückseite mit einer Passivierungsschicht aus hochdotiertem Material p+ versehen ist. Darauf ist eine Schicht aus transparentem, elektrisch leitfähigem Material, wie etwa ITO (Indium-Zinn-Oxid) aufgebracht, auf der die Elektroden als punkt- bzw. linienförmige Elektrode appliziert sind. Die transparente, elektrisch leitfähige Schicht kann durch ein Sputter- verfahren hergestellt werden, wodurch eine Höchsttemperatur von 2000C nicht überschritten wird.
Bei einer ähnlich aufgebauten Zelle, bei der das Substrat aus p- oder n-dotiertem Material bestehen kann, ist die elektrisch leitfähige lichtdurchlässige Schicht aus ITO oder dergleichen auf beiden Seiten des Substrates aufgebracht, um Biegespannungen zu vermeiden, die zur Wölbung der Zelle führen können (vgl. Patent Abstract of Japan, JP-A-20031977943 ).
Nach wie vor besteht jedoch auch bei diesen Solarzellen das Problem, dass zwar bei Verwendung eines n-dotierten Substrates eine gute Kontaktierung mit einem Elektronenleiter, beispielsweise ITO, möglich ist, dass jedoch bei der Verwendung von p- dotiertem Basismaterial die Kontaktierung Probleme bereitet.
Andererseits wird in der Solarzellentechnik allgemein p- dotiertes Material verwendet und ist in großen Mengen relativ kostengünstig erhältlich.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Solarzelle anzugeben, bei der eine gute Rückkontaktierung auch bei der Verwendung von p-dotiertem Material gewährleistet ist. Hierbei soll die Solarzelle möglichst kostengünstig herstellbar sein und einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen. Diese Aufgabe wird durch eine Solarzelle gelöst, mit einer Basisschicht mit einer ersten Dotierung, die mit einer Frontschicht mit einer zweiten Dotierung umgekehrter Polarität (E- mitter) eine Grenzschicht bildet, mit mindestens einem Front- kontakt und mindestens einem Rückkontakt, wobei zwischen der Basisschicht und dem Rückkontakt mindestens eine Passivierungs- schicht und eine Tunnelkontaktschicht angeordnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Die Verwendung einer Tunnelkontaktschicht ermöglicht es nämlich, auch bei der Verwendung von p-dotiertem Material als Basismaterial eine besonders hochwertige Kontaktierung mit einem Elektronenleiter, etwa mit einem Metall oder mit einem lichtdurchlässigen Leiter, wie etwa Zinkoxid oder ITO, zu erreichen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung besteht die Passi- vierungsschicht aus dotiertem Material gleicher Polarität wie die Basisschicht.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es ferner möglich, den Rückkontakt als metallischen Flächenkontakt auszubilden, ohne dass der Wirkungsgrad hierdurch verschlechtert wird.
Zu diesem Zweck ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zwischen der Tunnelkontaktschicht und dem Rückkontakt eine transparente elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen, die vorzugsweise aus Zinkoxid, aus Indiumzinnoxid oder aus einem leitfähigen Polymer besteht. Diese Schicht dient auch zur Ver- besserung der Reflektion an der Rückseite, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Zinkoxid-Schicht, ■ da dies deutlich kostengünstiger als die Verwendung von ITO ist.
Der Rückkontakt und ggf. der Frontkontakt können metallisch ausgebildet sein und etwa aus Aluminium oder bei besonders hochwertigen Anwendungen aus Gold,- Silber oder einem anderen Metall bestehen.
Die Passivierungsschicht besteht vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) .
Die Tunnelkontaktschicht ist vorzugsweise aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) hergestellt. Sie kann etwa aus einer ersten hochdotierten Schicht gleicher Polarität wie die Basisschicht gefolgt von einer zweiten hochdotierten Schicht umgekehrter Polarität bestehen.
In dem Fall, dass die Basisschicht p-dotiert ist, ist dann die Frontschicht n-dotiert, die Passivierungsschicht ist bevorzugt eine p-dotierte Schicht, gefolgt von der Tunnelkontaktschicht in Form von einer hochdotierten p+-Schicht, an die sich eine hochdotierte n+-Schicht anschließt. Die n+-Schicht kann dann in einfacher und zuverlässiger Weise mit einem elektronisch leitenden Material, wie etwa ZnO, kontaktiert werden.
Hochdotiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schicht eine höhere Dotierung als das Basismaterial aufweist, dass also die Anzahl der Dotieratome pro Volumeneinheit beispielsweise mindestens eine Größenordnung größer ist.
Gemäß einer alternativen Ausführung ist es möglich, die Tunnelkontaktschicht unter Verzicht auf eine n+-Schicht nur mit einer ersten p-Schicht, gefolgt von einer zweiten pH—Schicht, die vorzugsweise beide aus μc-Si bestehen, herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Passivierungsschicht und der Basissσhicht eine dünne undotierte (intrinsische) Schicht aus a-Si angeordnet.
Diese intrinsische Schicht dient als Puffer zwischen dem Wafer und der Passivierungsschicht. In Kombination damit ergibt sich eine besonders gute Passivierung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält zumindest die Passivierungsschicht, die Tunnelkontaktschicht oder die intrinsische Schicht Wasserstoff.
Hierbei kann es sich um etwa 1 bis 20 At. -% Wasserstoff handeln, der vorzugsweise sowohl in der intrinsischen Schicht, als auch in der Passivierungsschicht und der Tunnelkontaktschicht enthalten ist.
Wasserstoff spielt bei der Passivierung der "Dangling Bonds" eine wesentliche Rolle. Insgesamt wird so bei geeigneter Wasserstoffkonzentration der Wirkungsgrad weiter verbessert. Das Basismaterial der Solarzelle besteht vorzugsweise aus monokristallinem Silizium, sofern ein besonders hoher Wirkungsgrad erwünscht ist.
Für preiswertere Solarzellen kann das Basismaterial auch aus multikristallinem Silizium (mc-Si) bestehen.
Der lichtseitige Aufbau der Solarzelle kann in beliebiger Weise wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt gestaltet werden.
Hierzu können beispielsweise metallische Frontkontakte verwendet werden, während die lichtseitige Oberfläche der Solarzelle mit einer reflexionsmindernden Passivierungsschicht etwa aus SiO2 hergestellt ist. Es versteht sich, dass die Passivierungsschicht im Bereich der Frontkontakte unterbrochen ist.
Insbesondere kann der lichtseitige Aufbau der Solarzelle wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt als HeteroÜbergang, beispielsweise mit a-Si-Emitter, bei niedriger Prozesstemperatur von höchstens etwa 2500C, vorzugsweise von höchstens 2000C ausgeführt werden.
Die Schichten der Solarzelle sind vorzugsweise im Dünnschichtverfahren aufgetragen, insbesondere durch Plasma-CVD, durch Sputtern oder durch katalytisches CVD (Hot Wire CVD) .
Hierdurch kann die Prozesstemperatur bei der gesamten Herstellung der Solarzelle auf Temperaturen von höchstens etwa 2500C, vorzugsweise von höchstens 2000C begrenzt werden. Auf diese Weise lassen sich Verbiegungen, Wölbungen und Bruch der Solarzelle auch bei der Verwendung von dünnem Substratmaterial vermeiden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
die einzige Figur 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle in vereinfachter Darstellung.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Solarzelle schematisch im Querschnitt dargestellt und insgesamt mit Ziffer 10 bezeichnet. Die Solarzelle 10 weist eine p-dotierte Basisschicht 12 aus monokristallinem Silizium auf.
Auf der der Strahlungsseite zugewandten Vorderseite ist eine n- dotierte Siliziumschicht 14 aufgebracht, die eine Grenzschicht (pn-Übergang) mit der Basisschicht 12 bildet. Die n-dotierte Siliziumschicht 14 ist vorzugsweise so strukturiert, dass die Reflexionen vermindert werden. Eine Kontaktierung an der Vorderseite mit Frontkontakten 18 kann etwa mittels Aluminiumkon- takten erfolgen, die vorzugsweise jeweils über einen Bereich 20 mit einer hochdotierten n+-Schicht kontaktiert sind. Im Übrigen ist die Frontschicht 14 durch eine Passivierungsschicht 16 passiviert, die etwa aus SiO2 bestehen kann.
Die Basisschicht 12 ist auf der Rückseite von einer dünnen intrinsischen Schicht 22 aus amorphem Silizium gefolgt.
Die intrinsische Schicht 22 ist von einer Passivierungsschicht 24 gefolgt, die vorzugsweise als p-dotierte a-Si-Schicht ausgebildet ist.
An diese Schicht 24 schließt sich eine weitere Schicht 26 aus mikrokristallinem Silizium μc-Si an, die hochdotiert ist (p+) ■
An diese μc-Si Schicht 26 schließt sich eine weitere Schicht 28 aus mikrokristallinem Silizium μc-Si an, die gleichfalls hochdotiert ist, jedoch mit umgekehrter Polarität (n+) .
Die beiden Schichten 26, 28 aus μc-Si mit p+-Dotierung, gefolgt von n+-Dotierung bilden gemeinsam eine Tunnelkontaktschicht.
An die n+-dotierte μc-Si-Schicht 28 schließt sich eine Zinkoxidschicht 30 an, auf der die Rückkontaktschicht 32 als durchgehende metallische Schicht aufgebracht ist, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann.
Die Schichten 22 bis 28 enthalten vorzugsweise Wasserstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 20 At.-%. Durch diesen Schichtenaufbau ist eine sehr gute Kontaktierung der Basisschicht 12 mit einem Elektronenleiter gewährleistet, obwohl es sich bei der Basisschicht 12 um eine schwach p- dotierte Schicht handelt. Dies wird insbesondere durch die Tunnelkontaktschicht 26, 28 erreicht, die aus der mikrokristallinen p+-Schicht gefolgt von der mikrokristallinen n+-Schicht gebildet ist. Alternativ kann die Tunnelkontaktschicht 26, 28 bei gleichermaßen guten Ergebnissen aus einer ersten p- dotierten a-Si oder μc-Si Schicht gefolgt von einer pH- dotierten mikrokristallinen μc-Si Schicht bestehen.
Die Schichtdicke der nur optional verwendeten intrinsischen a- Si-Schicht 22 liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und 20 nm, vorzugsweise bei etwa 10 nm. Die Schichtdicke der Passivie- rungsschicht 24 liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und 60 nm, vorzugsweise bei etwa 40 nm. Die Schichtdicke der mikrokristallinen Schicht 26 liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und 25 nm, insbesondere bei etwa 10 nm. Die Schichtdicke der mikrokristallinen Schicht 28 liegt vorzugsweise zwischen etwa 1 und 15 nm, insbesondere bei etwa 5 nm.
Die Schiσhtdicke der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht aus ZnO, ITO oder dergleichen liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und 150 nm, insbesondere zwischen etwa 40 und 120 nm, beispielsweise bei etwa 80 nm.
Die etwa aus Aluminium bestehende Rückkontaktschicht 32 kann eine Stärke zwischen etwa 0,5 und 5 μm aufweisen, beispielsweise 1 μm. Die elektrisch leitfähige Schicht 30 aus (im interessierenden Wellenlängenbereich) transparentem Material, etwa aus ZnO, verbessert die Reflexion der Rückkontaktschicht 32 und somit den Wirkungsgrad. Grundsätzlich könnte statt ZnO auch ein anderes Schichtmaterial, wie etwa ITO, verwendet werden, jedoch ist ZnO deutlich kostengünstiger in der Massenproduktion.
Die Applizierung der Schichten auf die Basisschicht erfolgt durch ein geeignetes Dünnschichtverfahren, wie etwa Plasma Enhanced CVD (PECVD), Sputtern, Hot-Wire-CVD etc. Die bevorzugte Wasserstoffdiffusion innerhalb der Schichten 22 bis 28 erfolgt durch eine abschließende Temperaturerhöhung bis auf etwa 200 0C.
Bei der Herstellung von Labormustern einer erfindungsgemäßen Solarzelle wurde einerseits mit PECVD, andererseits mit Hot- Wire CVD gearbeitet. Die intrinsische a-Si-Schicht wurde im PECVD mit Silan (SiH4) und Wasserstoff bei einer Plasmafrequenz von 13,56 MHz und einem Druck von 200 mTorr und einer Leistung von 4 Watt abgeschieden. Die dotierte a-Si-Schicht wurde mit Silan, Wasserstoff und Diboran (B2H6), alternativ mit Phosphin (PH4) bei 80 MHz Plasmafrequenz und einem Druck von 400 mTorr und einer Leistung von 20 Watt hergestellt.
Im Falle von Hot-Wire-Abscheidungen wird eine Drahttemperatur von ca. 1700 0C und ein Druck von 100 mTorr verwendet. Alle Abscheidungen erfolgen in Hoch- oder Ultrahochvakuumanlagen.
Im Labormaßstab ließen sich mit einer erfindungsgemäßen Solarzelle sowohl mit der Tunnelkontaktschicht bestehend aus μc-Si p+ gefolgt von μc-Si n+ als auch bei Verwendung der alternati- ven Tunnelkontaktierung mit μc-Si p gefolgt von μc-Si p+ Wirkungsgrade von mindestens 20% erzielen. Hierzu wurde als Rückkontaktschicht lediglich AI-dotiertes ZnO verwendet. Eine Kon- taktierung mit dem wesentlich teureren ITO war hierzu nicht notwendig.
Für eine industrielle Herstellung könnte eine Durchlaufanlage verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Rückkontaktierung ist für alle Silizium- Solarzellen geeignet, unabhängig von der Art der Kontaktierung, die an der Vorderseite verwendet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Solarzelle mit einer Basisschicht (12) mit einer ersten Dotierung, die mit einer Frontschiσht (14) mit einer zweiten Dotierung umgekehrter Polarität eine Grenzschicht bildet, mit mindestens einem Frontkontakt (18) und mindestens einem Rückkontakt (32), wobei zwischen der Basisschicht (12) und dem Rückkontakt (32) mindestens eine Passivie- rungschicht (24) und eine Tunnelkontaktschicht (26, 28) angeordnet sind.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, bei der die Passivierungs- schicht (24) aus dotiertem oder hochdotiertem Material gleicher Polarität wie die Basisschicht (12) besteht.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2 , bei der der Rückkontakt (32) als metallischer Flächenkontakt ausgebildet ist.
4. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest der Rückkontakt (32) oder der Frontkontakt (18) aus Aluminium, Gold, Silber oder einem anderen Metall besteht.
5. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Passivierungsschicht (24) aus amorphem Silizium (a-Si) besteht.
6. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tunnelkontaktschicht (26, 28) mikrokristallines Silizium (μσ-Si) aufweist.
7. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Tunnelkontaktschicht (26, 28) eine erste hochdotierte Schicht (26) und eine zweite hochdotierte Schicht (28) umgekehrter Polarität aufweist.
8. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Basisschicht (12) p-dotiert ist, die Frontschicht n-dotiert ist und die Tunnelkontaktschicht (26, 28) eine hochdotierte pH—Schicht (26) und eine hochdotierte nH— Schicht (28) aufweist.
9. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Tunnelkontaktschicht eine erste dotierte Schicht (26) und eine zweite hochdotierte Schicht (28) derselben Polarität aufweist.
10. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Basisschicht (12) p-dotiert ist, die Frpntschicht n- dotiert ist, und die Tunnelkontaktschicht (26, 28) eine erste p-Schicht (26) und eine zweite hochdotierte pH- Schicht (28) aufweist.
11. Solarzelle nach Anspruch 8 oder 10, bei der die Passivie- rungsschicht (24) eine p-dotierte Schicht oder eine hochdotierte p+-Schicht ist.
12. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Passivierungsschicht (24) und der Basis- schicht (12) eine intrinsische Schicht aus a-Si angeordnet ist.
13. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Tunnelkontaktschicht (26, 28) und dem Rückkontakt (32) eine transparente elektrisch leitfähige Schicht (30) vorgesehen ist, die vorzugsweise aus Zinkoxid (ZnO), aus Indiumzinnoxid (ITO) oder einem leitfähigen Polymer besteht.
14. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest die Passivierungsschicht (24), die Tunnelkontaktschicht (26, 28) oder die intrinsische Schicht (22) Wasserstoff enthält.
15. Solarzelle nach Anspruch 14, bei der zumindest die Passivierungsschicht (24), die Tunnelkontaktschicht (26, 28) oder die intrinsische Schicht (22) etwa 1 bis 20 At. -% Wasserstoff enthält.
16. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Basismaterial (12) aus monokristallinem Silizium oder aus multikristallinem Silizium (mσ-Si) besteht.
17. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Frontschicht (14) mit einer Passivierungsschicht (16) versehen ist, die im Bereich des Frontkontaktes (18) unterbrochen ist.
18. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der Schichten durch ein Dünnschichtverfahren hergestellt ist, insbesondere durch Plasma-CVD, durch Sputtern oder durch katalytisches CVD (Hot Wire CVD) .
19. Solarzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schichten bei höchstens etwa 250 0C, vorzugsweise bei höchstens 200 0C aufgetragen sind.
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