EP2481092A2 - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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Publication number
EP2481092A2
EP2481092A2 EP10754287A EP10754287A EP2481092A2 EP 2481092 A2 EP2481092 A2 EP 2481092A2 EP 10754287 A EP10754287 A EP 10754287A EP 10754287 A EP10754287 A EP 10754287A EP 2481092 A2 EP2481092 A2 EP 2481092A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
texture
solar cell
base
cell according
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Withdrawn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
EP10754287A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Hermle
Hubert Hauser
Pauline Berger
Benedikt BLÄSI
Marius Peters
Jan Christoph Goldschmidt
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Albert Ludwigs Universitaet Freiburg filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2481092A2 publication Critical patent/EP2481092A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0236Special surface textures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
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    • H01L31/056Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the invention relates to a solar cell according to claim 1, comprising a silicon layer, which has a doping of a first doping type, a front side designed for the light coupling and a rear side.
  • Such semiconductor silicon solar cells serve to convert electromagnetic radiation incident on the solar cell into electrical energy.
  • light is coupled into the solar cell via the front side designed for the coupling of light, so that electron hole pairs are generated by absorption in the silicon layer.
  • the silicon layer has a base doping and at an interface to an oppositely doped emitter, a pn junction forms, at which the charge carrier separation takes place. Via electrical contacts of the oppositely doped regions, the solar cell can be connected to an external circuit.
  • the luminous efficiency denotes the ratio between electromagnetic radiation incident on the front side and the total generation of electron-hole pairs due to the light coupling in the solar cell.
  • the extension of the light path within the solar cell is particularly relevant in the case of silicon solar cells in order to increase the luminous efficacy: due to the low absorption properties, a part of the longer-wavelength light penetrates the SiO.sub.2 - larzelle and strikes the back of the solar cell. To increase the luminous efficacy, it is therefore known to design the back mirror, so that
  • CONFIRMATION COPY a light beam striking the rear side is reflected towards the front again.
  • One way to improve internal backside reflection is to use sub-micron diffraction patterns. These cause the reflected photons at the backside to be reflected only in certain diffraction directions. In the ideal case, the first diffraction order is nearly parallel to the back surface, so that the light path of the back-diffracted photons in silicon is greatly increased.
  • This structure represents an optimization of the properties for layered structure silicon solar cells, wherein the optimization takes place with respect to light rays which impinge perpendicularly on the front side of the layer structure.
  • the electrical properties, in particular the recombination properties, must also be taken into account.
  • Forming a backside texture as an optical diffraction structure results in an increase in the surface area of the texture boundary layer the back, so that an increased total surface recombination at the backside adversely affects the overall efficiency of the solar cell.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solar cell in which the back is improved in terms of optical and electrical properties. Furthermore, the solar cell according to the invention should be characterized by a simple manufacturability.
  • the solar cell according to the invention comprises a silicon layer which has a doping of a first doping type. This doping of the first doping type is thus the base doping, i. H.
  • the silicon layer is a base layer.
  • the solar cell has a front coupling designed for the coupling in of light and a rear side.
  • At least one texture layer and one metal layer are arranged on the rear side of the silicon layer.
  • the texture layer has a backside texture, which is formed as an optical diffraction structure, at least in a partial area.
  • Such a diffraction structure is also referred to as a diffractive structure, i. H. that the optical properties of this texture are described essentially not by ray optics, but by wave optics.
  • the use of diffractive textures on the back side of a solar cell is known in principle and is described, for example, in WO 92/14270 or C. Heine, R.H. Morf Submicrobess gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1995.
  • the texturing intermediate structure is arranged between the texture layer and the metal layer.
  • the metal layer is electrically conductively connected to the texture layer and / or to the base layer.
  • the texturing intermediate structure is at least in the wavelength range 800 nm to 1 .100 nm, preferably at least substantially transparent in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
  • essentially transparent means that the absorption coefficient ⁇ of the texturing intermediate structure is at most 10 4 cm -1 , preferably at most 1 0 3 cm -1 , furthermore preferably at most 10 cm 2 1.
  • This condition applies to each wavelength ⁇ within the range relevant wavelength range, preferably at least for the wavelength range 800 nm to 1, 100 nm, furthermore preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
  • the texturing intermediate structure has at least in the wavelength range 800 nm to 1. 1 00 nm, preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm has a refractive index which is smaller than the refractive index of the texture layer.
  • the refractive index (also called refractive index) is usually wavelength-dependent.
  • a ratio of different refractive indices nn 2 thus means that for each wavelength ⁇ within the relevant wavelength range the ratio between n ⁇ k) and n 2 (h) applies in each case.
  • the layers are arranged in the order silicon layer, texture layer, textured intermediate structure, metal layer.
  • that layer which is arranged directly on the rear side of the base layer is a passivation layer passivating the surface with respect to the recombination of minority charge carriers.
  • the refractive index of all layers of the solar cell according to the invention arranged between the base layer and the texturing intermediate differs by a maximum of 30% from the refractive index of silicon, it being possible for the calculation indices of said layers to differ from one another within said range.
  • the aforementioned condition on the refractive indices relates to the relevant wavelength range, preferably at least the wavelength range 800 nm to 1 100 nm, furthermore preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
  • the solar cell according to the invention thus differs from the previously known solar cells in that at the back. a texture layer, a diffraction structure is formed and between the texture layer and metal layer at least one in said wavelength range substantially transparent texturing intermediate structure with a refractive index is less than that of the texture layer.
  • This has the advantage that an excitation of surface plasmons in the metal layer is reduced by the absorbed radiation or other unwanted absorption processes are prevented and on the other hand that on the texture side of the texture layer, the evanescent wave of the diffracted radiation in the optically transparent Texture substructure already decreases in intensity.
  • a very high optical quality of the rear side of the solar cell with respect to the diffraction of radiation in said wavelength range is achieved.
  • the electrical properties and the optical properties of the rear side of the solar cell are separated in the solar cell according to the invention, since the optical properties are essentially determined by the texture of the texture layer in combination with the texturing intermediate structure and the metal layer, whereas the electrical properties are essentially determined by the passivation layer.
  • the optical properties are essentially determined by the texture of the texture layer in combination with the texturing intermediate structure and the metal layer, whereas the electrical properties are essentially determined by the passivation layer.
  • the texturing intermediate structure consists of a single layer.
  • the texturing intermediate structure consists of several individual layers and / or of a composite material, which is a spatial composite of different materials.
  • the texturing intermediate structure and / or further layers arranged between the texture layer and the metal layer reduce the unevenness caused by the backside texture such that the metal layer is applied on a surface which is less uneven with respect to the surface of the backside texture, preferably applied to a substantially planar plane.
  • the solar cell on the rear side thus has both a texture layer with a texture designed as a diffraction structure and a substantially planar metal layer.
  • the height differences of a texture formed as a diffraction pattern are typically greater than 50 nm.
  • the texturing intermediate structure and optionally further layers arranged between the texture layer and the metal layer have a total thickness of at least 50 nm, preferably that the texturing intermediate structure has a thickness of at least 50 nm.
  • the texturing intermediate structure is arranged between the texture layer and the metal layer.
  • the refractive index of all layers arranged between the base layer and the texturing intermediate deviates at most by 10%, preferably at most 5%, furthermore preferably at most 1%, from the refractive index of silicon.
  • the aforementioned condition on the refractive indices relates to the relevant wavelength range, preferably at least the wavelength range 800 nm to 1 100 nm.
  • the passivation layer arranged directly on the rear side of the base layer is designed such that the surface recombination velocity for minority charge carriers is less than 0 4 cm / s, preferably less than 10 3 cm / s, in particular less than 10 2 cm / s.
  • the passivation layer is undoped to achieve a low surface recombination rate for minority carriers.
  • the formation of the passivation layer of hydrogenated amorphous silicon is advantageous, with a particularly low surface recombination for minority carriers in the formation of the passivation layer of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon (i-a-Si: H) is achieved.
  • the use of hydrogenated amorphous silicon layers in solar cells is known per se and described, for example, in M. Taguchi et al. DOI 10.1002 / pip.646.
  • Such a passivation layer combines the advantages of a very high passivation quality and an almost identical refractive index with silicon.
  • the solar cell according to the invention can be formed in several advantageous embodiments, wherein the emitter can be arranged at different positions of the solar cell. Likewise, the formation of multiple emitters is within the scope of the invention.
  • the emitter may be formed as a separate layer or as a diffusion within the base layer. It is essential that the doping type of the emitter be opposite to the doping type of the base. Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto.
  • the texture layer is formed as an emitter layer and doped opposite to the base layer.
  • At least one undoped pn intermediate layer is arranged between the emitter layer and the base layer, via which layer a pn junction is formed between the emitter layer and the base layer.
  • the emitter layer is formed at least with regard to the charge carrier majorities of the emitter layer as an electrically conductive layer.
  • the emitter is thus arranged on the rear side of the solar cell according to the invention and formed as a texture layer.
  • the pn-intermediate layer leads to a considerable recombination reduction at the pn junction between emitter layer and base layer.
  • the pn-intermediate layer is therefore designed as a passivation layer as described above.
  • the contacting of the base layer preferably takes place via metallic contacting structures applied on the front side of the solar cell, for example in the form of the comb-like contacting grid known per se.
  • no further intermediate layers are arranged in the layer sequence base layer / pn interlayer / emitter layer, in order to avoid a disturbance in the formation of the pn junction.
  • the pn intermediate layer preferably has a thickness of less than 10 nm, in particular a thickness of about 5 nm.
  • the texturing intermediate structure is preferably designed to be electrically conductive, so that a large-area contacting of the emitter layer takes place via the texturing intermediate structure to the metal layer.
  • TCO electrically conductive oxide
  • the texturing intermediate structure is electrically insulating and the metal layer is at several local areas of the back at least with the base layer electrically connected.
  • the metal layer thus constitutes the metallic contacting of the base /
  • the metal layer directly adjoins the base layer at a plurality of local areas.
  • a contacting of the base thus takes place at a plurality of local regions of the rear side.
  • a low series resistance of the base contact can be achieved and, on the other hand, a small total surface recombination can be achieved at the contacted areas, due to the contacting of the backside only in some local areas.
  • the texture layer is applied directly to the base layer, in particular, the texture layer is advantageously formed as a passivation layer as described above.
  • the texture layer is advantageously formed as a passivation layer as described above.
  • the texture layer undoped in particular from intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon, and / or to form the texturing intermediate structure from silicon dioxide or SiN or Al 2 O 3 .
  • the texture layer and the base layer have a doping of the same doping type.
  • at least one undoped base-texture intermediate layer is arranged between the texture layer and the base layer, and the texture intermediate structure is formed as an electrically conductive layer, at least with regard to the charge carrier majorities of the texture layer.
  • This can be achieved, for example, by forming the base-texture intermediate layer with a thickness of less than 10 nm, in particular with a thickness of approximately 5 nm.
  • the base-texture intermediate layer is preferably in the form of a passivation layer as described above, in particular preferably of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon.
  • This embodiment has the advantage that at the same time a passivation of the base and a charge carrier for majorities conductive layer is generated, which can then be contacted over the entire surface.
  • the texture layer is doped higher than the base layer, so that forms a so-called back surface field (BSF) on the back of the solar cell and thereby additionally lowered the recombination speed at the back and thus the e- lektwitz goodness of the back the solar cell is increased.
  • BSF back surface field
  • the texturing intermediate structure is preferably formed of transparent, electrically conductive oxide (TCO).
  • TCO transparent, electrically conductive oxide
  • the arrangement of the emitter preferably takes place at the front side of the solar cell, for example by application of an emitter layer or indiffusion. ren a doping opposite to the base doping to form an emitter on the front of the solar cell.
  • the ontakt istaires of the emitter is preferably carried out in a conventional manner by a front-applied metallization, for example, a comb-like metallization.
  • the base layer is preferably formed as a crystalline silicon substrate, in particular as a silicon wafer and preferably has a thickness in the range of 20 pm to 300 ⁇ .
  • the production of a solar cell according to the invention in the case of local contacting of the base layer via the metal layer preferably comprises the following method steps:
  • a surface cleaning of the back of the base layer is performed.
  • a passivation layer is deposited, preferably consisting of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon.
  • a further doped, amorphous silicon layer is deposited.
  • the application of an etching mask to generate the diffraction structure is advantageous in which initially a lacquer is applied and the structuring of the lacquer is carried out by means of embossing.
  • the predetermined by the previously applied mask diffraction pattern is generated by etching.
  • the production of a solar cell according to the invention with a base layer which has been contacted over the whole area preferably comprises the following method steps:
  • the deposition of the passivation layer and a doped texture layer takes place, wherein the texture layer has the same doping type as the base layer.
  • the texture is created by creating an etching mask and etching the texture.
  • the diffraction structure produced is leveled by means of the texture layer, wherein the texture layer is designed to be electrically conductive, preferably as TCO.
  • the metal layer is applied to the texturing intermediate structure.
  • the solar cell according to the invention is particularly suitable for a combination of a refractive texture on the front side and the diffractive texture by means of the diffraction structure on the rear side.
  • diffractive textures on the backside of a solar cell is basically known as described above and described, for example, in C. Heine, R.H. Morf, Submicrometer gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1,995.
  • the silicon solar cells known from the prior art there is no combination of refractive and diffractive textures.
  • Applicant's investigations have shown that the main disadvantage is that when combining a front side with a refractive texture and a rear side with a diffractive texture, the light impinges on the rear side in different directions and with different relative orientations, so that a part of the Rays strike the backside texture at a non-optimal angle.
  • the beams diffracted by the rear side hit the front side at least partially at unfavorable angles, so that a decoupling of these beams takes place, and thus the luminous efficacy is reduced.
  • These effects are especially pronounced when the frontal texture is a three-dimensional Texture, such as the texture known in the art by means of inverted pyramids.
  • the front side of the solar cell according to the invention has a front side texture at least in a partial area which is periodic along a spatial direction A with a period length greater than 1 ⁇ m and the rear side has a backside texture at least in a partial area along a spatial direction B is periodic with a period less than 1 pm.
  • the spatial direction A is at an angle between 80 ° and 100 ° degrees to the spatial direction B.
  • the spatial direction A of the periodic extension of the frontal texture and the spatial direction B of the periodic extension of the backside texture consequently conclude an angle between 80 ° and 100 °.
  • a texture is said to be periodic if a vector V (V ⁇ 0) exists for which holds:
  • V V ⁇ 0
  • a translation around V and integer multiples of V converts the texture into itself.
  • the generating vector of a period is the smallest possible vector V of meets this condition. Periodicity is present only if such a smallest possible vector exists.
  • V it is true that only translations of V and integer multiples of V transform the texture into itself.
  • the length of V is the period length. If there is only one (linearly independent) such vector, one speaks of linear periodicity.
  • the front and back textures have a linear periodicity.
  • the spatial direction A runs parallel to the front and the spatial direction B parallel to the back.
  • the term "parallel” here and below refers to the respectively untextured surfaces of front and back, ie imaginary plane planes, which would represent the untextured front or back side, typically the front side is parallel to the rear side
  • Spatial direction X is parallel to a plane E ", it should be understood that the vector representing X is in the plane E, that is, all points of X are also points of E.
  • the solar cell according to the invention has a texture extending periodically in the spatial direction A on the front side on. This reduces the possible directions and orientations with which light rays strike the rear side.
  • the spatial direction B in which the backside texture extends periodically, is at an angle of between 80 ° and 100 ° to the spatial direction A.
  • the above-described negative effect of shortening the light path is thereby excluded.
  • the front side texture Due to the formation of the front side texture as a texture extending periodically in the spatial direction A, at least in the case of beams incident perpendicularly to the front, coupling takes place essentially in a plane which is spanned by the spatial direction A and a spatial direction perpendicular to the front side. This makes it possible to optimize the diffractive backside texture in such a way
  • the spatial direction B in which the backside texture extends periodically, is at an angle between 80 ° and 100 ° to the spatial direction A.
  • An increased optimization is achieved by an angle between 85 ° and 95 °, preferably an angle of 90 °, d. H. that the two spatial directions are at right angles to each other.
  • the front and back surface cover each substantially the entire front and back of the solar cell, possibly with interruptions z. B. for the application of metallization.
  • the front and back side textures are preferably arranged on opposite front and back portions.
  • the solar cell is divided at the front and / or back into several subregions, each having a periodically extending texture. It is essential, however, that repetitions that may be present in directions other than the spatial direction of the periodic extension have a significantly greater periodicity compared to the periodicity of the periodically extending texture.
  • the spatial direction A ' also runs parallel to the front side.
  • the front side texture in the spatial direction A ' has no periodicity or a periodicity with a period length which is at least 5 times, preferably at least 10 times, furthermore preferably at least 1 5 times the period length of the front side texture in the direction of space A corresponds.
  • the spatial direction B ' also runs parallel to the back.
  • the backside texture in the spatial direction B ' has no periodicity or a periodicity with a period length which is at least 5 times, preferably at least 10 times, furthermore preferably at least 1 5 times the period length of the backside texture in the direction of space B corresponds.
  • the textures have no or only a slight height change in the spatial directions A 'or B', ie that the height profile of the texture does not change or does not change significantly in this spatial direction.
  • the height of the front side texture changes in the spatial direction A 'by no more than 2 ⁇ , in particular, in the spatial direction A', the front side texture has an approximately constant height.
  • the height of the backside texture in the spatial direction A ' preferably does not change by more than 50 nm; in particular, in the spatial direction A', the backside texture has an approximately constant height.
  • the front side texture is particularly advantageous for the front side texture to be a linearly extending texture in the spatial direction A 'and / or for the back to be a linearly extending texture in the spatial direction B'.
  • Such structures are also called trench structures.
  • the spatial direction of the periodic extension is thus perpendicular to the linear or trench-like texture elements in this case.
  • the front side texture in the spatial direction A 'and / or the backside texture in the spatial direction B' each have an approximately constant cross-sectional area and an approximately constant cross-sectional area shape.
  • the texture is interrupted in partial regions on the front and / or rear side, for example for applying a metallization structure for electrical contacting of the silicon substrate.
  • the height of the front side texture i. the maximum height difference of the optically relevant surface of the front side texture, is preferably between 2 ⁇ and 50 ⁇ , in particular between 5 ⁇ and 30 ⁇ .
  • the height of the backside texture ie the maximum height difference of the optically relevant surface of the backside texture, is preferably between 50 nm and 500 nm, in particular between 80 nm and 300 nm Optimization of the diffractive optical effect and cost-effective production achieved.
  • the front side texture has a periodicity of less than 40 ⁇ , preferably less than 20 ⁇ .
  • the backside texture prefferably and / or additionally advantageous for the backside texture to have a periodicity greater than 50 nm, preferably greater than 100 nm.
  • the front side texture is created directly on the front side of the silicon substrate. It is likewise within the scope of the invention to apply one or more layers on the front side of the silicon substrate and to produce the texture on one or more of these layers.
  • the periodicities of the front side texture and the back side texture are preferably selected such that the front side texture is a predominantly refractory texture and the back side texture is a predominantly diffractive texture.
  • the periodicity of the front side is therefore greater than 3 ⁇ , in particular greater than 5 ⁇ .
  • the periodicity of the backside texture is advantageously less than 800 nm, preferably less than 600 nm.
  • the front side texture advantageously covers at least 30%, in particular at least 60%, furthermore at least 90% of the front side, possibly with interruptions z. B. for metallization.
  • the backside texture on the back advantageously covers at least 30%, in particular at least 60%, furthermore at least 90% of the front side, possibly with interruptions z. B. for metallization.
  • the front side texture is preferably formed by linear texture elements each having a triangular cross-sectional area.
  • multicrystalline silicon wafers are advantageous. Although the efficiencies achieved here are slightly lower in comparison with monocrystalline solar cells, but the material costs are significantly lower.
  • a front side texture having a cross-sectional area that has curved or round edges is advantageously produced.
  • the backside texture preferably comprises linear texture elements as described, for example, in the aforementioned J. Heine publication; R. H. Morf, loc. Cit., On page 2478 to FIG. Frequently, however, the production of such texture elements with a sawtooth-shaped cross section is extremely complicated and expensive.
  • the sawtooth shape is therefore approximated by a staircase shape, as described in the cited publication on the same page to Figure 4. The cited publication will be incorporated into this description by reference.
  • a particularly simple and therefore inexpensive to produce diffractive texture represents a crenellated backside texture with mutually perpendicular flanks, as described for example in the aforementioned publication to Figure 2.
  • sinusoidal, diffractive textures and sawtooth, diffractive textures are within the scope of the invention.
  • the aforementioned advantageous cross-sectional shapes can often only be approximately achieved due to the process, in particular roundings often occur at the edges of the structures.
  • the rays typically do not strike the backside perpendicularly due to the front side texture.
  • is preferably the largest relevant wavelength, ie the largest wavelength of the spectrum of the radiation impinging on the solar cell that still contributes to the charge carrier generation in the solar cell and the angle ⁇ of the main incident angle of the rays due to the frontal texture on the backside.
  • Formula 1 provides optimum periodicity for the backside texture, especially at an angle of 90 ° between the periodic extension of front and back texture and / or in frontal texture with triangular cross-sectional areas.
  • FIG. 1 shows a solar cell according to the invention according to the previously described first variant of a preferred embodiment, in which the texture layer is formed as an emitter layer;
  • FIG. 2 shows an embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described second variant of a preferred embodiment, wherein the texture layer is formed as a passivation layer and
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described third variant of an advantageous embodiment, in which a back surface field (BSF) is generated by means of the doped texture layer.
  • BSF back surface field
  • FIGS. 1 to 3 each have a base layer 1, 21, 31 formed as n-doped silicon wafer.
  • the schematic representations in FIGS. 1 to 3 each show a partial section of the solar cell, that is to say the solar cell continues analogously at the right and left edges.
  • FIGS. 1 to 3 each show a partial sectional view in which the front side is at the top and the back side of the solar cell is at the bottom.
  • the solar cells shown are each formed on a silicon wafer of size 20 cm x 20 cm, wherein the silicon wafer has a thickness of about 250 ⁇ at a base doping of 10 15 cm '3rd
  • All three embodiments have at the front in the plane of the right to left extending linear optical structures which have perpendicular to the plane of a triangular cross section, so that along the surface perpendicular to the plane of a trench form forms as a surface course of the front.
  • This refractive front side texture has a periodicity of 10 ⁇ , wherein the height of the texture elements is about. 14 ⁇ .
  • a texture layer 2, 22, 32 is arranged on the rear side, which extends a diffractive texture with a crenellated curve in cross section respectively horizontally in the plane of Figures 1 to 3. Perpendicular to the plane in Figures 1 to 3 the backside texture is linear.
  • the backside texture has a periodicity of about 420 nm.
  • the spatial direction of the periodic extent of the front side texture is at an angle of 90 ° to the spatial direction of the periodic extension of the backside texture, ie the linear course of the front side texture is perpendicular to the linear course of the backside texture.
  • the height of the texture elements on the back is about 0, 1 ⁇ .
  • a pn-type intermediate layer 5 having a thickness of about 5 nm and formed of intrinsic amorphous hydrogenated silicon is deposited on the backside.
  • a texture layer 2 is applied, which consists of p-doped nanocrystalline silicon with a thickness of about 150 nm. The doping is 10 19 cm "3 .
  • a texturing intermediate structure 3 is applied, which consists of electrically conductive, transparent oxide (TCO). This levelens the unevenness units caused by the texture, so that a metal layer 4 is ideally applied to the texturing intermediate structure 3 as a planar layer. At a minimum, the metal layer is applied to a substantially planar surface as compared to the surface of the texture layer.
  • TCO electrically conductive, transparent oxide
  • a pn junction is formed via the pn intermediate layer 5.
  • Radiation incident on the front side is coupled into the base layer 1 and at least partially absorbed there, so that electron-hole pairs are generated. At the pn junction, the charge carrier separation takes place.
  • the majority charge carriers of the textured layer 2 formed as an emitter layer are dissipated via the electrically conductive texturing intermediate structure 3 and the metal layer 4 functioning as a metallic emitter contact.
  • the majority charge carriers of the base layer 1 are dissipated via comb-like metallization structures (not shown) on the front side of the solar cell.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 thus has the advantages that, on the one hand, the back side of the base layer 1 is passivated by the pn intermediate layer 5 with a very high quality.
  • the back side due to the diffractive texture of the texture layer 2 has a very high optical quality for radiation in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm, so that even radiation that is not absorbed when first passing through the base layer 1, due to the significantly extended light path essential for the production of Electron hole pairs contributes.
  • the high optical quality is thereby supported by the fact that the planarization of the texture by means of the texturing intermediate structure 3 prevents the formation of plasmons in the metal layer 4.
  • the metal layer 4 is formed of aluminum.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described second variant of a preferred embodiment is shown schematically in partial section.
  • the texture layer 22 is arranged directly on the rear side.
  • the texture layer is formed from intrinsic, amorphous, hydrogenized silicon and thus also acts as a passivation layer for electrically passivating the back side of the base layer 21.
  • the diffractive texture of the texture layer 22 and the refractive texture on the front side of the base layer 21 are formed analogously to the embodiment according to FIG.
  • the texturing intermediate structure 23 is designed to be electrically insulating as a silicon dioxide layer.
  • the metal layer 24 consisting of aluminum is then arranged thereon. Also in this embodiment, the texture of the texture layer 22 is flattened by the texture intermediate structure 23, so that the metal layer 24 is applied to a plane plane.
  • the electrical contacting of the base layer 21 takes place in such a way that a local melting of the metal layer 24, texturing intermediate structure 23, texture layer 22 and a small subregion of the base layer 21 took place by means of a laser, so that after solidification of the melt mixture the structure illustrated in FIG. 2 was formed.
  • the metal layer 24 adjoins the local
  • the region 24a directly adjoins the base layer 21, so that an electrical contact exists.
  • the region 24b identifies the region in the base layer 21 which has been melted during the contacting process.
  • an emitter layer (not shown) is diffused by diffusion from the gas phase, and this emitter layer is electrically contacted by comb-like metallization structures (not shown).
  • the refractive texture on the front side of the base layer 31 and the diffractive texture of the texture layer 32 according to FIG. 1 are likewise formed.
  • an emitter layer which is contacted in an electrically conductive manner by means of comb-like metallic contacting structures, is diffused on the front side of the base layer 31.
  • a base-texture intermediate layer 35 is disposed. This is electrically non-conductive formed from intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon and has a thickness of about 5 nm.
  • the texture layer 32 is arranged on the base-texture intermediate layer 35 and also has an n-type doping, ie a doping of the same doping type as the base layer 31. However, the texture layer 32 is doped higher than the base layer 31 at a doping concentration of 10 19 cm -3 .
  • the back side of the base layer 31 is thus electrically passivated in two respects: on the one hand, a low surface recombination speed is achieved by the base-texture intermediate layer 35 formed as a passivation layer. On the other hand, a so-called back surface field (BSF) is formed by the doped texture layer 31, which additionally reduces the recombination speed at the rear side of the base layer 31.
  • BSF back surface field
  • the solar cell shown in this embodiment thus has a particularly high electrical quality at the back of the base layer 31.
  • the texturing intermediate structure 33 is formed in an electrically conductive manner from transparent oxide (TCO) so that majority charge carriers are removed from the base layer 31 via the metal layer 34.
  • TCO transparent oxide
  • the base-texture interlayer 35 is intrinsic, i. H. electrically non-conductive. Due to the small thickness of 5 nm, however, at least the majority charge carriers of the base layer 31 can reach the metal layer 34 without appreciable electrical resistance to the texture layer 32 and the texturing intermediate structure 33, so that no losses due to any series resistance caused by the base-texture intermediate layer 35 occur.

Abstract

The invention relates to a solar cell, comprising a silicon layer which has a dopant of a first dopant type, a front designed for the coupling in of light, and a rear, the silicon layer being a doped base layer, at least one textured layer and a metal layer being arranged on the rear of the silicon layer, optionally on additional intermediate layers, and the textured layer comprising a rear texture in at least a section thereof which rear texture is designed as an optical diffraction structure. It is essential that at least one textured intermediate structure (3, 23, 33) is arranged between the textured layer (2, 22, 32) and the metal layer (4, 24, 34), the metal layer (4, 24, 34) being connected to the textured layer (2, 22, 32) and/or to the base layer (1, 21, 31) in an electrically conducting manner. The textured intermediate structure (3, 23, 33) is substantially transparent at least in the wavelength range of 800 nm to 1100 nm and has a refractive index n smaller than the refractive index of the textured layer in at least this wavelength range. The refractive index of all layers arranged between the base layer (1, 21, 31) and the textured intermediate layer (3, 23, 33) deviates by not more than 30% relative to the refractive index of silicon and the layer which is arranged directly on the rear of the base layer (1, 21, 31) is a passivation layer which passivates the surface with respect to the recombination of minority charge carriers.

Description

Solarzelle  solar cell
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 , umfassend eine Siliziumschicht, welche eine Dotierung eines ersten Dotierungstyps aufweist, eine zur Lichteinkopplung ausgebildete Vorderseite und eine Rückseite. The invention relates to a solar cell according to claim 1, comprising a silicon layer, which has a doping of a first doping type, a front side designed for the light coupling and a rear side.
Solche Halbleiter-Siliziumsolarzellen dienen zur Umwandlung von auf die Solarzelle auftreffender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie. Hierzu wird über die zur Lichteinkopplung ausgebildete Vorderseite Licht in die Solarzelle eingekoppelt, so dass durch Absorption in der Siliziumschicht Elektron- Lochpaare generiert werden. Die Siliziumschicht weist hierzu eine Basisdotierung auf und an einer Grenzfläche zu einem entgegengesetzt dotierten Emitter bildet sich ein pn-Übergang aus, an dem die Ladungsträgertrennung erfolgt. Ü- ber elektrische Kontaktierungen der entgegengesetzt dotierten Bereiche ist die Solarzelle mit einem externen Stromkreis verbindbar. Such semiconductor silicon solar cells serve to convert electromagnetic radiation incident on the solar cell into electrical energy. For this purpose, light is coupled into the solar cell via the front side designed for the coupling of light, so that electron hole pairs are generated by absorption in the silicon layer. For this purpose, the silicon layer has a base doping and at an interface to an oppositely doped emitter, a pn junction forms, at which the charge carrier separation takes place. Via electrical contacts of the oppositely doped regions, the solar cell can be connected to an external circuit.
Wesentlich für den Wirkungsgrad einer Solarzelle ist neben den elektrischen Eigenschaften wie beispielsweise die Rekombinationseigenschaften der Oberflächen und die Materialgüte der Halbleiterschichten weiterhin die Lichtausbeute. Die Lichtausbeute bezeichnet das Verhältnis zwischen auf die Vorderseite auftreffender elektromagnetischer Strahlung zu der Gesamtgeneration von E- lektron-Lochpaaren aufgrund der Lichteinkopplung in der Solarzelle. Essential for the efficiency of a solar cell is in addition to the electrical properties such as the recombination properties of the surfaces and the material quality of the semiconductor layers, the light output continues. The luminous efficiency denotes the ratio between electromagnetic radiation incident on the front side and the total generation of electron-hole pairs due to the light coupling in the solar cell.
Da Silizium ein indirekter Halbleiter ist und damit gegenüber direkten Halbleitern geringere Absorptionswerte für einfallende Strahlung aufweist, ist insbesondere bei Siliziumsolarzellen auch die Verlängerung des Lichtweges innerhalb der Solarzelle relevant, um die Lichtausbeute zu erhöhen: Aufgrund der geringen Absorptionseigenschaften durchdringt ein Teil des längerwelligen Lichtes die Sö- larzelle und trifft auf die Rückseite der Solarzelle auf. Zur Erhöhung der Lichtausbeute ist es daher bekannt, die Rückseite spiegelnd auszugestalten, so dass Since silicon is an indirect semiconductor and thus has lower absorption values for incident radiation than direct semiconductors, the extension of the light path within the solar cell is particularly relevant in the case of silicon solar cells in order to increase the luminous efficacy: due to the low absorption properties, a part of the longer-wavelength light penetrates the SiO.sub.2 - larzelle and strikes the back of the solar cell. To increase the luminous efficacy, it is therefore known to design the back mirror, so that
BESTÄTIGUNGSKOPIE ein auf der Rückseite auftreffender Lichtstrahl wieder in Richtung Vorderseite reflektiert wird. CONFIRMATION COPY a light beam striking the rear side is reflected towards the front again.
Eine Möglichkeit, die interne Rückseitenreflexion zu verbessern, ist die Verwendung von Beugungsstrukturen im Submikrometerbereich. Diese bewirken, dass die an der Rückseite reflektierten Photonen nur in bestimmte Beugungsrichtungen reflektiert werden. Im idealen Fall ist die erste Beugungsordnung nahezu parallel zu der rückseitigen Oberfläche, so dass der Lichtweg der an der Rückseite gebeugten Photonen in Silizium stark erhöht wird. One way to improve internal backside reflection is to use sub-micron diffraction patterns. These cause the reflected photons at the backside to be reflected only in certain diffraction directions. In the ideal case, the first diffraction order is nearly parallel to the back surface, so that the light path of the back-diffracted photons in silicon is greatly increased.
So ist es bei einer aus mehreren aufgebrachten Schichten ausgebildeten Solarzelle aus WO 92/14270 bekannt, auf eine p-dotierte Siliziumschicht eine Texturschicht aufzubringen, welche eine als optische Beugungsstruktur ausgebildete Textur aufweist und auf dieser Texturschicht wiederum eine Metallschicht aufzubringen. Thus, in the case of a solar cell of WO 92/14270 formed from a plurality of applied layers, it is known to apply a texture layer to a p-doped silicon layer, which has a texture designed as an optical diffraction structure and, in turn, to apply a metal layer to this texture layer.
Diese Struktur stellt eine Optimierung der Eigenschaften für Schichtstruktur- Siliziumsolarzellen dar, wobei die Optimierung hinsichtlich senkrecht auf die Vorderseite der Schichtstruktur auftreffender Lichtstrahlen erfolgt. This structure represents an optimization of the properties for layered structure silicon solar cells, wherein the optimization takes place with respect to light rays which impinge perpendicularly on the front side of the layer structure.
Typischerweise trifft Licht bei der Anwendung von Siliziumsolarzellen jedoch auch in nicht senkrechten Einfallswinkeln auf die Vorderseite der Solarzelle auf. Darüber hinaus wird typischerweise bei hocheffizienten Wafer- Siliziumsolarzellen durch eine Vorderseitentextur, beispielsweise in Form von invertierten Pyramiden, die Lichteinkopplung und damit die Lichtausbeute erhöht, da auftreffende Strahlen auch bei erstmaliger Reflexion mindestens auf eine weitere Vorderseitenoberfläche treffen. Hierdurch erfolgt außerdem eine schräge Einkopplung der Lichtstrahlen, so dass gegenüber einer planen Oberfläche ein längerer Lichtweg beim erstmaligen Durchlaufen der Siliziumschicht bis zum Auftreffen auf die Rückseite erzielt wird. Allerdings treffen diese Lichtstrahlen überwiegend nicht senkrecht auf die Rückseite auf. However, in the application of silicon solar cells, light typically also strikes the front side of the solar cell in non-perpendicular angles of incidence. In addition, typically in high-efficiency wafer silicon solar cells by a front side texture, for example in the form of inverted pyramids, the light input and thus increases the luminous efficacy, since impinging rays hit even at first reflection on at least one other front surface. In addition, this results in an oblique coupling of the light beams, so that compared to a flat surface, a longer light path is achieved when first passing through the silicon layer to the impact on the back. However, these rays mostly do not strike the backside perpendicularly.
Weiterhin müssen bei hocheffizienten Wafer-Siliziumsolarzellen auch die elektrischen Eigenschaften, insbesondere die Rekombinationseigenschaften berücksichtigt werden. Eine Ausbildung einer Rückseitentextur als optische Beugungsstruktur führt zu einer Vergrößerung der Oberfläche an der Texturgrenzschicht der Rückseite, so dass eine erhöhte Gesamtoberflächenrekombination an der Rückseite sich nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad der Solarzelle auswirkt. Furthermore, in the case of highly efficient wafer silicon solar cells, the electrical properties, in particular the recombination properties, must also be taken into account. Forming a backside texture as an optical diffraction structure results in an increase in the surface area of the texture boundary layer the back, so that an increased total surface recombination at the backside adversely affects the overall efficiency of the solar cell.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle zu schaffen, bei der die Rückseite hinsichtlich der optischen und der elektrischen Eigenschaften verbessert ist. Weiterhin soll sich die erfindungsgemäße Solarzelle durch eine einfache Herstellbarkeit auszeichnen. The invention is therefore based on the object to provide a solar cell in which the back is improved in terms of optical and electrical properties. Furthermore, the solar cell according to the invention should be characterized by a simple manufacturability.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Solarzelle gemäß Anspruch 1 , vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 16. This object is achieved by a solar cell according to claim 1, advantageous embodiments of the solar cell according to the invention can be found in claims 2 to 16.
Die erfindungsgemäße Solarzelle umfasst eine Siliziumschicht, welche eine Dotierung eines ersten Dotierungstyps aufweist. Diese Dotierung des ersten Dotierungstyps ist somit die Basisdotierung, d. h. die Siliziumschicht stellt eine Basisschicht dar. Weiterhin weist die Solarzelle eine zur Lichteinkopplung ausgebildete Vorderseite und eine Rückseite auf. The solar cell according to the invention comprises a silicon layer which has a doping of a first doping type. This doping of the first doping type is thus the base doping, i. H. The silicon layer is a base layer. Furthermore, the solar cell has a front coupling designed for the coupling in of light and a rear side.
An der Rückseite der Siliziumschicht sind zumindest eine Texturschicht und eine Metallschicht angeordnet. At least one texture layer and one metal layer are arranged on the rear side of the silicon layer.
Die Texturschicht weist zumindest in einem Teilbereich eine Rückseitentextur auf, welche als optische Beugungsstruktur ausgebildet ist. The texture layer has a backside texture, which is formed as an optical diffraction structure, at least in a partial area.
Eine solche Beugungsstruktur wird auch als diffraktive Struktur bezeichnet, d. h. dass die optischen Eigenschaften dieser Textur im Wesentlichen nicht durch Strahlenoptik, sondern durch Wellenoptik beschrieben werden. Die Verwendung von diffraktiven Texturen an der Rückseite einer Solarzelle ist grundsätzlich bekannt und beispielsweise in WO 92/14270 oder C. Heine, R. H. Morf Submicro- meter gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1995, beschrieben. Such a diffraction structure is also referred to as a diffractive structure, i. H. that the optical properties of this texture are described essentially not by ray optics, but by wave optics. The use of diffractive textures on the back side of a solar cell is known in principle and is described, for example, in WO 92/14270 or C. Heine, R.H. Morf Submicrobess gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1995.
Wesentlich ist, dass zwischen Texturschicht und Metallschicht zumindest eine Texturzwischenstruktur angeordnet ist. Die Metallschicht ist mit der Texturschicht und/oder mit der Basisschicht elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist die Texturzwischenstruktur zumindest in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 .100 nm , vorzugsweise zumindest in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1 .200 nm im Wesentlichen transparent. It is essential that at least one texturing intermediate structure is arranged between the texture layer and the metal layer. The metal layer is electrically conductively connected to the texture layer and / or to the base layer. Furthermore, the texturing intermediate structure is at least in the wavelength range 800 nm to 1 .100 nm, preferably at least substantially transparent in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
I m Wesentlichen transparent bedeutet hierbei, dass der Absorptionskoeffizient α der Texturzwischenstruktur maximal 104 cm'1 , vorzugsweise maximal 1 03 cm- 1 , im Weiteren bevorzugt maximal 1 02 cm"1 ist. Diese Bedingung gilt für jede Wellenlänge λ innerhalb des relevanten Wellenlängenbereiches, vorzugsweise zumindest für den Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 . 1 00 nm, im Weiteren bevorzugt zumindest in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1 .200 nm . In this case, essentially transparent means that the absorption coefficient α of the texturing intermediate structure is at most 10 4 cm -1 , preferably at most 1 0 3 cm -1 , furthermore preferably at most 10 cm 2 1. This condition applies to each wavelength λ within the range relevant wavelength range, preferably at least for the wavelength range 800 nm to 1, 100 nm, furthermore preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
Die Texturzwischenstruktur weist zumindest in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 . 1 00 nm, vorzugsweise zumindest in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1 .200 nm einen Brechungsindex auf, der kleiner als der Brechungsindex der Texturschicht ist. The texturing intermediate structure has at least in the wavelength range 800 nm to 1. 1 00 nm, preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm has a refractive index which is smaller than the refractive index of the texture layer.
Der Brechungsindex (auch Brechzahl genannt) ist in der Regel Wellenlängenabhängig. Ein Verhältnis verschiedener Brechungsindizes n n2 bedeutet somit, dass für jede Wellenlänge λ innerhalb des relevanten Wellenlängenbereiches das Verhältnis zwischen n^k) und n2(h) jeweils zutrifft. Gleiches gilt für den Absorptionskoeffizienten a. The refractive index (also called refractive index) is usually wavelength-dependent. A ratio of different refractive indices nn 2 thus means that for each wavelength λ within the relevant wavelength range the ratio between n ^ k) and n 2 (h) applies in each case. The same applies to the absorption coefficient a.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass gegebenenfalls zwischen den genannten Schichten jeweils weitere Zwischenschichten angebracht sind. Wesentlich ist, dass von der Siliziumschicht ausgehend die Schichten in der Reihenfolge Siliziumschicht, Texturschicht, Texturzwischenstruktur, Metallschicht angeordnet sind. It is within the scope of the invention that optionally between the layers mentioned further intermediate layers are attached. It is essential that, starting from the silicon layer, the layers are arranged in the order silicon layer, texture layer, textured intermediate structure, metal layer.
Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Solarzelle diejenige Schicht, welche unmittelbar an der Rückseite der Basisschicht angeordnet ist, eine die Oberfläche bezüglich der Rekombination von Minoritätsladungsträgern passivierende Passivierungsschicht. Dies bedeutet, dass an der Grenzfläche zwischen Basisschicht und unmittelbar auf der Basisschicht angeordneter Schicht eine geringe Minoritätsoberflächenrekombinationsgeschwindigkeit vorliegt. Der Brechungsindex aller zwischen der Basisschicht und der Texturzwischenstruktur angeordneten Schichten der erfindungsgemäßen Solarzelle weicht maximal um 30% von dem Brechungsindex von Silizium ab, wobei die Berechungs- indizes der genannten Schichten sich innerhalb des genannten Bereichs voneinander unterscheiden können. Die zuvor genannte Bedingung an die Brechungsindizes betrifft den relevanten Wellenlängenbereich, vorzugsweise zumindest den Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 100 nm, im Weiteren bevorzugt zumindest in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1 .200 nm. Furthermore, in the case of the solar cell according to the invention, that layer which is arranged directly on the rear side of the base layer is a passivation layer passivating the surface with respect to the recombination of minority charge carriers. This means that there is a low minority surface recombination velocity at the interface between the base layer and the layer directly on the base layer. The refractive index of all layers of the solar cell according to the invention arranged between the base layer and the texturing intermediate differs by a maximum of 30% from the refractive index of silicon, it being possible for the calculation indices of said layers to differ from one another within said range. The aforementioned condition on the refractive indices relates to the relevant wavelength range, preferably at least the wavelength range 800 nm to 1 100 nm, furthermore preferably at least in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm.
Durch diese Angleichung der Brechungsindizes aller Schichten zwischen Basisschicht und Texturzwischenstruktur wird eine Reflexion an den Grenzflächen dieser Schichten reduziert, so dass das optische Verhalten der Rückseite im wesentlichen durch die Beugungsstruktur bestimmt wird und keine unerwünschte optischen Effekte an anderen Grenzflächen auftreten. By this alignment of the refractive indices of all layers between the base layer and the intermediate texturing structure, a reflection at the interfaces of these layers is reduced, so that the optical behavior of the backside is essentially determined by the diffraction structure and no undesired optical effects occur at other interfaces.
Die erfindungsgemäße Solarzelle unterscheidet sich von den vorbekannten Solarzellen somit dadurch, dass an der Rückseite an. einer Texturschicht eine Beugungsstruktur aufgebildet ist und zwischen Texturschicht und Metallschicht zumindest eine in dem genannten Wellenlängenbereich im Wesentlichen transparente Texturzwischenstruktur mit einem Brechungsindex kleiner dem der Texturschicht angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Anregung von Oberflächenplasmonen in der Metallschicht durch die absorbierte Strahlung verringert wird bzw. auch andere ungewollte Absorptionsprozesse verhindert werden und zum Anderen, dass an der Texturseite der Texturschicht die eva- neszente Welle der gebeugten Strahlung in der optisch transparenten Texturzwischenstruktur schon stark an Intensität abnimmt. Im Ergebnis wird hierdurch eine sehr hohe optische Güte der Rückseite der Solarzelle hinsichtlich der Beugung von Strahlung in dem genannten Wellenlängenbereich erzielt. The solar cell according to the invention thus differs from the previously known solar cells in that at the back. a texture layer, a diffraction structure is formed and between the texture layer and metal layer at least one in said wavelength range substantially transparent texturing intermediate structure with a refractive index is less than that of the texture layer. This has the advantage that an excitation of surface plasmons in the metal layer is reduced by the absorbed radiation or other unwanted absorption processes are prevented and on the other hand that on the texture side of the texture layer, the evanescent wave of the diffracted radiation in the optically transparent Texture substructure already decreases in intensity. As a result, a very high optical quality of the rear side of the solar cell with respect to the diffraction of radiation in said wavelength range is achieved.
Hierdurch ist erstmalig die Verwendung einer solchen Beugungsstruktur bei einer hocheffizienten Siliziumsolarzelle möglich, insbesondere in Kombination mit einer refraktiven Textur an der Vorderseite der Solarzelle, d. h. einer Textur, welche im Wesentlichen durch Strahlenoptik beschrieben wird. This makes it possible for the first time to use such a diffraction structure in a highly efficient silicon solar cell, in particular in combination with a refractive texture on the front side of the solar cell, d. H. a texture that is essentially described by ray optics.
Weiterhin sind bei der erfindungsgemäßen Solarzelle die elektrischen Eigenschaften und die optischen Eigenschaften der Rückseite der Solarzelle getrennt, da die optischen Eigenschaften im Wesentlichen durch die Textur der Texturschicht in Kombination mit der Texturzwischenstruktur und der Metallschicht bestimmt werden, wohingegen die elektrischen Eigenschaften im Wesentlichen durch die Passivierungsschicht bestimmt werden. Hierdurch ist eine nahezu unabhängige Optimierung der beiden Eigenschaften möglich, so dass insgesamt eine Solarzelle mit einer sehr hohen optischen und elektrischen Güte an der Rückseite erzielt wird. Furthermore, the electrical properties and the optical properties of the rear side of the solar cell are separated in the solar cell according to the invention, since the optical properties are essentially determined by the texture of the texture layer in combination with the texturing intermediate structure and the metal layer, whereas the electrical properties are essentially determined by the passivation layer. As a result, a nearly independent optimization of the two properties is possible, so that a total of a solar cell with a very high optical and electrical quality is achieved on the back.
Vorzugsweise besteht die Texturzwischenstruktur aus einer einzelnen Schicht. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, dass die Texturzwischenstruktur aus mehreren Einzelschichten und/oder aus einem Kompositmaterial, welches ein räumlicher Verbund unterschiedlicher Materialien ist, besteht. Preferably, the texturing intermediate structure consists of a single layer. However, it is also within the scope of the invention that the texturing intermediate structure consists of several individual layers and / or of a composite material, which is a spatial composite of different materials.
Vorteilhafterweise reduzieren die Texturzwischenstruktur und/oder weitere zwischen Texturschicht und Metallschicht angeordnete Schichten die durch die Rückseitentextur bedingten Unebenheiten, so dass die Metallsschicht auf einer gegenüber der Oberfläche der Rückseitentextur weniger unebenen Fläche aufgebracht ist, vorzugsweise auf einer im Wesentlichen planen Ebene aufgebracht ist. Advantageously, the texturing intermediate structure and / or further layers arranged between the texture layer and the metal layer reduce the unevenness caused by the backside texture such that the metal layer is applied on a surface which is less uneven with respect to the surface of the backside texture, preferably applied to a substantially planar plane.
In dieser vorzugsweisen Ausführungsform weist die Solarzelle an der Rückseite somit sowohl eine Texturschicht mit einer als Beugungsstruktur ausgebildeten Textur auf, als auch eine im Wesentlichen plane Metallschicht. Hierdurch werden die vorgenannten Vorteile zur Erhöhung der optischen Güte weiter verstärkt, da die Anregung von Oberflächenplasmonen im Metall verhindert wird. In this preferred embodiment, the solar cell on the rear side thus has both a texture layer with a texture designed as a diffraction structure and a substantially planar metal layer. As a result, the aforementioned advantages for increasing the optical quality are further enhanced because the excitation of Oberflächenplasmonen is prevented in the metal.
Die Höhenunterschiede einer als Beugungsstruktur ausgebildeten Textur sind typischerweise größer 50 nm . Insbesondere ist es daher vorteilhaft, dass die Texturzwischenstruktur und gegebenenfalls weitere, zwischen Texturschicht und Metallschicht angeordnete Schichten eine Gesamtdicke von mindestens 50 nm aufweisen, vorzugsweise, dass die Texturzwischenstruktur eine Dicke von mindestens 50 nm aufweist. The height differences of a texture formed as a diffraction pattern are typically greater than 50 nm. In particular, it is therefore advantageous that the texturing intermediate structure and optionally further layers arranged between the texture layer and the metal layer have a total thickness of at least 50 nm, preferably that the texturing intermediate structure has a thickness of at least 50 nm.
Um einen negativen Einfluss auf die optische Güte und/oder die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle zu verhindern, ist vorzugsweise zwischen Texturschicht und Metallschicht ausschließlich die Texturzwischenstruktur angeordnet. Für eine Optimierung der optischen Güte der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es vorteilhaft, dass der Brechungsindex aller zwischen der Basisschicht und der Texturzwischenstruktur angeordneten Schichten maximal um 10 %, vorzugsweise maximal 5 %, im Weiteren bevorzugt maximal 1 % gegenüber dem Brechungsindex von Silizium abweicht. Die zuvor genannte Bedingung an die Brechungsindizes betrifft den relevanten Wellenlängenbereich, vorzugsweise zumindest den Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 100 nm. In order to prevent a negative influence on the optical quality and / or the electrical properties of the solar cell, preferably only the texturing intermediate structure is arranged between the texture layer and the metal layer. For optimizing the optical quality of the rear side of the solar cell according to the invention, it is advantageous that the refractive index of all layers arranged between the base layer and the texturing intermediate deviates at most by 10%, preferably at most 5%, furthermore preferably at most 1%, from the refractive index of silicon. The aforementioned condition on the refractive indices relates to the relevant wavelength range, preferably at least the wavelength range 800 nm to 1 100 nm.
Vorzugsweise ist die unmittelbar an der Rückseite der Basisschicht angeordnete Passivierungsschicht derart ausgebildet, dass die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Minoritätsladungsträger kleiner 04 cm/s, vorzugsweise kleiner 103 cm/s, insbesondere kleiner 102 cm/s ist. Preferably, the passivation layer arranged directly on the rear side of the base layer is designed such that the surface recombination velocity for minority charge carriers is less than 0 4 cm / s, preferably less than 10 3 cm / s, in particular less than 10 2 cm / s.
Vorzugsweise ist die Passivierungsschicht undotiert, um eine geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Minoritätsladungsträger zu erzielen. Preferably, the passivation layer is undoped to achieve a low surface recombination rate for minority carriers.
Insbesondere ist die Ausbildung der Passivierungsschicht aus hydrogenisiertem amorphem Silizium (Si: H) vorteilhaft, wobei eine insbesondere geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Minoritätsladungsträger bei Ausbildung der Passivierungsschicht aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium (i-a-Si:H) erzielt wird. Die Verwendung von Schichten aus hydrogenisiertem amorphem Silizium bei Solarzellen ist an sich bekannt und beispielsweise in M. Taguchi et al. DOI 10.1002/pip.646 beschrieben. In particular, the formation of the passivation layer of hydrogenated amorphous silicon (Si: H) is advantageous, with a particularly low surface recombination for minority carriers in the formation of the passivation layer of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon (i-a-Si: H) is achieved. The use of hydrogenated amorphous silicon layers in solar cells is known per se and described, for example, in M. Taguchi et al. DOI 10.1002 / pip.646.
Eine solche Passivierungsschicht vereint die Vorteile einer sehr hohen Passivie- rungsqualitität und eines nahezu mit Silizium identischen Brechungsindex. Such a passivation layer combines the advantages of a very high passivation quality and an almost identical refractive index with silicon.
Die erfindungsgemäße Solarzelle ist in mehreren vorteilhaften Ausgestaltungen ausbildbar, wobei der Emitter an unterschiedlichen Positionen der Solarzelle angeordnet sein kann. Ebenso liegt die Ausbildung mehrerer Emitter im Rahmen der Erfindung. Der Emitter kann als eigene Schicht oder als Diffusion innerhalb der Basisschicht ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass der Dotierungstyp des Emitters entgegengesetzt zu dem Dotierungstyp der Basis ist. Dotierungstypen sind hierbei die n-Dotierung und die hierzu entgegengesetzte p-Dotierung. In einer ersten Variante einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle ist die Texturschicht als Emitterschicht ausgebildet und entgegengesetzt zur Basisschicht dotiert. Weiterhin ist zwischen Emitterschicht und Basisschicht zumindest eine undotierte pn-Zwischenschicht angeordnet, über welche sich ein pn-Übergang zwischen Emitter- und Basisschicht ausbildet. Die Emitterschicht ist zumindest hinsichtlich der Ladungsträgermajoritäten der Emitterschicht als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet. The solar cell according to the invention can be formed in several advantageous embodiments, wherein the emitter can be arranged at different positions of the solar cell. Likewise, the formation of multiple emitters is within the scope of the invention. The emitter may be formed as a separate layer or as a diffusion within the base layer. It is essential that the doping type of the emitter be opposite to the doping type of the base. Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto. In a first variant of an advantageous embodiment of the solar cell according to the invention, the texture layer is formed as an emitter layer and doped opposite to the base layer. Furthermore, at least one undoped pn intermediate layer is arranged between the emitter layer and the base layer, via which layer a pn junction is formed between the emitter layer and the base layer. The emitter layer is formed at least with regard to the charge carrier majorities of the emitter layer as an electrically conductive layer.
In dieser vorzugsweisen Ausführungsform ist somit der Emitter an der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle angeordnet und als Texturschicht ausgebildet. Die pn-Zwischenschicht führt zu einer erheblichen Rekombinationsverringerung am pn-Übergang zwischen Emitterschicht und Basisschicht. Vorzugsweise ist die pn-Zwischenschicht daher als Passivierungsschicht wie zuvor beschrieben ausgeführt. In this preferred embodiment, the emitter is thus arranged on the rear side of the solar cell according to the invention and formed as a texture layer. The pn-intermediate layer leads to a considerable recombination reduction at the pn junction between emitter layer and base layer. Preferably, the pn-intermediate layer is therefore designed as a passivation layer as described above.
Die Kontaktierung der Basisschicht erfolgt vorzugsweise über auf der Vorderseite der Solarzelle aufgebrachte metallische Kontaktierungsstrukturen, beispielsweise in Form der an sich bekannten kammartigen Kontaktierungsgitter. The contacting of the base layer preferably takes place via metallic contacting structures applied on the front side of the solar cell, for example in the form of the comb-like contacting grid known per se.
Vorzugsweise sind in der Schichtenabfolge Basisschicht/pn- Zwischenschicht/Emitterschicht keine weiteren Zwischenschichten angeordnet, um eine Störung bei der Ausbildung des pn-Übergangs zu vermeiden. Preferably, no further intermediate layers are arranged in the layer sequence base layer / pn interlayer / emitter layer, in order to avoid a disturbance in the formation of the pn junction.
Die pn-Zwischenschicht weist vorzugsweise eine Dicke kleiner 10 nm, insbesondere eine Dicke von etwa 5 nm auf. The pn intermediate layer preferably has a thickness of less than 10 nm, in particular a thickness of about 5 nm.
Die Texturzwischenstruktur ist vorzugsweise elektrisch leitend ausgebildet, so dass eine großflächige Kontaktierung der Emitterschicht über die Texturzwischenstruktur zu der Metallschicht erfolgt. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, die Texturzwischenstruktur in an sich bekannter Weise aus elektrisch leitfähigem Oxid (TCO, transparent conductive oxide) auszubilden, wie beispielsweise in M. Taguchi et al. DOI 10.1002/pip.646 beschrieben. The texturing intermediate structure is preferably designed to be electrically conductive, so that a large-area contacting of the emitter layer takes place via the texturing intermediate structure to the metal layer. In particular, it is advantageous in this case to form the texturing intermediate structure in a manner known per se from electrically conductive oxide (TCO), as described, for example, in M. Taguchi et al. DOI 10.1002 / pip.646.
In einer weiteren zweiten Variante einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Texturzwischenstruktur elektrisch isolierend ausgebildet und die Metallschicht ist an mehreren lokalen Bereichen der Rückseite zumindest mit der Basisschicht elektrisch leitend verbunden. In dieser vorteilhaften Ausführungsform stellt die Metallschicht somit die metallische Kontaktierung der Basis dar/ Vorzugsweise grenzt die Metallschicht an mehreren lokalen Bereichen unmittelbar an die Basisschicht an. In a further second variant of a preferred embodiment, the texturing intermediate structure is electrically insulating and the metal layer is at several local areas of the back at least with the base layer electrically connected. In this advantageous embodiment, the metal layer thus constitutes the metallic contacting of the base / Preferably, the metal layer directly adjoins the base layer at a plurality of local areas.
In dieser vorteilhaften Ausführungsform erfolgt somit eine Kontaktierung der Basis an mehreren lokalen Bereichen der Rückseite. Hierdurch kann einerseits ein geringer Serienwiderstand der Basiskontaktierung erzielt werden und andererseits aufgrund der lediglich in einigen lokalen Bereichen erfolgenden Kontaktierung der Rückseite eine geringe Gesamtoberflächenrekombination an den kontaktierten Bereichen erzielt werden. In this advantageous embodiment, a contacting of the base thus takes place at a plurality of local regions of the rear side. In this way, on the one hand, a low series resistance of the base contact can be achieved and, on the other hand, a small total surface recombination can be achieved at the contacted areas, due to the contacting of the backside only in some local areas.
Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, die Rückseitenkontaktierung durch lokales Aufschmelzen auszubilden, beispielsweise wie in DE 100 46 170 A1 beschrieben (so genannte Laser Fired Contacts, LFC). In particular, it is advantageous in this case to form the rear-side contacting by means of local melting, for example as described in DE 100 46 170 A1 (so-called laser fired contacts, LFC).
Vorteilhafterweise wird bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform die Texturschicht unmittelbar auf die Basisschicht aufgebracht, insbesondere ist die Texturschicht vorteilhafterweise als Passivierungsschicht wie zuvor beschrieben ausgebildet. Hierdurch wird eine hohe elektrische Güte der Rückseite durch die passivierende Wirkung der Texturschicht an der Grenzfläche zur Basisschicht einerseits und die hinsichtlich der Gesamtfläche der Rückseite geringe Flächenbedeckung mit den lokalen kontaktieren Bereichen erzielt. Advantageously, in this preferred embodiment, the texture layer is applied directly to the base layer, in particular, the texture layer is advantageously formed as a passivation layer as described above. In this way, a high electrical quality of the rear side is achieved by the passivating effect of the texture layer at the interface to the base layer on the one hand and the low area coverage with the local contact areas with regard to the total area of the rear side.
Bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform ist es vorteilhaft, die Texturschicht undotiert, insbesondere aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium auszubilden und/ oder die Texturzwischenstruktur aus Siliziumdioxid oder SiN oder Al203 auszubilden. In this preferred embodiment, it is advantageous to form the texture layer undoped, in particular from intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon, and / or to form the texturing intermediate structure from silicon dioxide or SiN or Al 2 O 3 .
In einer weiteren dritten Variante einer vorteilhaften Ausführungsform weisen Texturschicht und Basisschicht eine Dotierung des gleichen Dotierungstyps auf. Weiterhin ist zwischen Texturschicht und Basisschicht zumindest eine undotierte Basis-Textur-Zwischenschicht angeordnet und die Texturzwischenstruktur ist zumindest hinsichtlich der Ladungsträgermajoritäten der Texturschicht als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wir somit die passivierende Wirkung der Rückseite der Basisschicht durch die undotierte Basis-Textur- Zwischenschicht erzielt, welche dennoch zumindest hinsichtlich der Ladungsträgermajoritäten elektrisch leitend ist. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass die Basis-Textur-Zwischenschicht mit einer Dicke kleiner 10 nm, insbesondere mit einer Dicke von etwa 5 nm ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Basis-Textur-Zwischenschicht als Passivierungsschicht wie zuvor beschrieben ausgebildet, insbesondere vorzugsweise aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium. In a further third variant of an advantageous embodiment, the texture layer and the base layer have a doping of the same doping type. Furthermore, at least one undoped base-texture intermediate layer is arranged between the texture layer and the base layer, and the texture intermediate structure is formed as an electrically conductive layer, at least with regard to the charge carrier majorities of the texture layer. In this advantageous embodiment, we thus achieved the passivating effect of the back of the base layer by the undoped base-texture intermediate layer, which is nevertheless electrically conductive at least with regard to the charge carrier majorities. This can be achieved, for example, by forming the base-texture intermediate layer with a thickness of less than 10 nm, in particular with a thickness of approximately 5 nm. The base-texture intermediate layer is preferably in the form of a passivation layer as described above, in particular preferably of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon.
Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass gleichzeitig eine Passivierung der Basis und eine für Ladungsträgermajoritäten leitende Schicht erzeugt wird, die anschließend ganzflächig kontaktiert werden kann. This embodiment has the advantage that at the same time a passivation of the base and a charge carrier for majorities conductive layer is generated, which can then be contacted over the entire surface.
Vorzugsweise ist bei dieser vorteilhaften Ausführungsform die Texturschicht höher dotiert als die Basisschicht, so dass sich ein so genanntes Back Surface Field (BSF) an der Rückseite der Solarzelle ausbildet und hierdurch zusätzlich die Rekombinationsgeschwindigkeit an der Rückseite gesenkt und damit die e- lektrische Güte der Rückseite der Solarzelle erhöht wird. Preferably, in this advantageous embodiment, the texture layer is doped higher than the base layer, so that forms a so-called back surface field (BSF) on the back of the solar cell and thereby additionally lowered the recombination speed at the back and thus the e- lektrische goodness of the back the solar cell is increased.
Die Texturzwischenstruktur ist hierbei vorzugsweise aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid (TCO) ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein elektrischer Kontakt zwischen Basisschicht und Metallschicht großflächig ausgebildet ist, so dass ein geringer Kontaktwiderstand besteht und gleichzeitig aufgrund der Basis-Textur-Zwischenschicht und/oder der höheren Dotierung der Texturschicht eine zusätzliche Passivierungswirkung an der Rückseite der Solarzelle erzielt wird. The texturing intermediate structure is preferably formed of transparent, electrically conductive oxide (TCO). This results in the advantage that an electrical contact between the base layer and metal layer is formed over a large area, so that there is a low contact resistance and simultaneously achieves an additional passivation effect on the back of the solar cell due to the base-texture interlayer and / or the higher doping of the texture layer becomes.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen Metallschicht und Basisschicht zusätzlich lokal die Metallschicht unmittelbar an die Basisschicht angrenzen zu lassen, beispielsweise wie zuvor beschrieben mittels lokalem Aufschmelzen zur Erzeugung von LFC. In this case, it may be advantageous, in order to increase the electrical conductivity between metal layer and base layer, additionally to allow the metal layer directly adjacent to the base layer, for example as described above by means of local melting to produce LFC.
Bei den zuvor genannten vorteilhaften Ausführungsformen der Varianten 2 und 3 erfolgt vorzugsweise die Anordnung des Emitters an der Vorderseite der Solarzelle, beispielsweise durch Aufbringen einer Emitterschicht oder Eindiffundie- ren einer zur Basisdotierung entgegengesetzten Dotierung zur Ausbildung eines Emitters an der Vorderseite der Solarzelle. In the aforementioned advantageous embodiments of variants 2 and 3, the arrangement of the emitter preferably takes place at the front side of the solar cell, for example by application of an emitter layer or indiffusion. ren a doping opposite to the base doping to form an emitter on the front of the solar cell.
Die ontaktierung des Emitters erfolgt vorzugsweise in an sich bekannter Weise durch eine an der Vorderseite aufgebrachte Metallisierungsstruktur, beispielsweise eine kammartige Metallisierungsstruktur. The ontaktierung of the emitter is preferably carried out in a conventional manner by a front-applied metallization, for example, a comb-like metallization.
Die Basisschicht ist vorzugsweise als kristallines Siliziumsubstrat, insbesondere als Siliziumwafer ausgebildet und weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 20 pm bis 300 μιη auf. The base layer is preferably formed as a crystalline silicon substrate, in particular as a silicon wafer and preferably has a thickness in the range of 20 pm to 300 μιη.
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle bei lokaler Kontaktierung der Basisschicht über die Metallschicht umfasst vorzugsweise folgende Verfahrensschritte: The production of a solar cell according to the invention in the case of local contacting of the base layer via the metal layer preferably comprises the following method steps:
Zunächst erfolgt eine Oberflächenreinigung der Rückseite der Basisschicht. Anschließend wird eine Passivierungsschicht abgeschieden, vorzugsweise bestehend aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium. First, a surface cleaning of the back of the base layer. Subsequently, a passivation layer is deposited, preferably consisting of intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon.
Gegebenenfalls wird eine weitere dotierte, amorphe Siliziumschicht abgeschieden. Optionally, a further doped, amorphous silicon layer is deposited.
Anschließend erfolgt das Aufbringen einer Ätzmaske zur Erzeugung der Beugungsstruktur. Hierbei ist insbesondere die Anwendung eines an sich bekannten Prägeverfahrens vorteilhaft, bei dem zunächst ein Lack aufgebracht wird und die Strukturierung des Lacks mittels Prägung vorgenommen wird. Subsequently, the application of an etching mask to generate the diffraction structure. In this case, in particular, the application of a known embossing process is advantageous in which initially a lacquer is applied and the structuring of the lacquer is carried out by means of embossing.
Anschließend wird durch Ätzen die durch die zuvor aufgebrachte Maske vorgegebene Beugungsstruktur erzeugt. Subsequently, the predetermined by the previously applied mask diffraction pattern is generated by etching.
Dann erfolgt die Aufbringung der Texturzwischenstruktur, wobei ein Einebnen der Beugungsstruktur erfolgt und schließlich wird eine Metallschicht auf die Texturzwischenstruktur aufgebracht und es erfolgt die lokale Kontaktierung, beispielsweise durch lokales Aufschmelzen (LFC). Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle mit ganzflächig kontaktier- ter Basisschicht umfasst vorzugsweise folgende Verfahrensschritte: Then, the application of the texturing intermediate structure takes place, wherein a leveling of the diffraction structure takes place and finally a metal layer is applied to the texturing intermediate structure and local contacting takes place, for example by local melting (LFC). The production of a solar cell according to the invention with a base layer which has been contacted over the whole area preferably comprises the following method steps:
Nach Oberflächenreinigung der Rückseite der Basisschicht erfolgt die Abschei- dung der Passivierungsschicht und einer dotierten Texturschicht, wobei die Texturschicht den gleichen Dotierungstyp aufweist wie die Basisschicht. After surface cleaning of the rear side of the base layer, the deposition of the passivation layer and a doped texture layer takes place, wherein the texture layer has the same doping type as the base layer.
Anschließend wird wie zuvor beschrieben die Textur durch Erstellen einer Ätzmaske und Ätzen der Textur erzeugt. Subsequently, as described above, the texture is created by creating an etching mask and etching the texture.
Die erzeugte Beugungsstruktur wird mittels der Texturschicht eingeebnet, wobei die Texturschicht elektrisch leitend ausgebildet ist, vorzugsweise als TCO. The diffraction structure produced is leveled by means of the texture layer, wherein the texture layer is designed to be electrically conductive, preferably as TCO.
Schließlich wird großflächig , vorzugsweise ganzflächig die Metallschicht auf die Texturzwischenstruktur aufgebracht. Finally, over a large area, preferably over the entire surface, the metal layer is applied to the texturing intermediate structure.
Wie zuvor beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Solarzelle insbesondere zu einer Kombination einer refraktiven Textur an der Vorderseite und der diffraktiven Textur mittels der Beugungsstruktur an der Rückseite. As described above, the solar cell according to the invention is particularly suitable for a combination of a refractive texture on the front side and the diffractive texture by means of the diffraction structure on the rear side.
Die Verwendung von diffraktiven Texturen an der Rückseite einer Solarzelle ist wie zuvor beschrieben grundsätzlich bekannt und beispielsweise in C. Heine, R. H . Morf, Submicrometer gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1 995, beschrieben. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Siliziumsolarzellen erfolgt jedoch keine Kombination von refraktiven und diffraktiven Texturen. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben , dass der wesentliche Nachteil darin begründet ist, dass bei Kombination einer Vorderseite mit einer refraktiven Textur und einer Rückseite mit einer diffraktiven Textur das Licht unter verschiedenen Richtungen und mit verschiedenen relativen Orientierungen auf die Rückseite auftrifft, so dass ein Teil der Strahlen in einem nicht optimalen Winkel auf die Rückseitentextur auftrifft. Weiterhin treffen die von der Rückseite gebeugten Strahlen zumindest teilweise unter ungünstigen Winkeln auf die Vorderseite auf, so dass eine Auskopplung dieser Strahlen erfolgt und somit die Lichtausbeute verringert wird. Diese Effekte sind insbesondere dann ausgeprägt, wenn die Vorderseitentextur eine dreidimensionale Textur ist, wie beispielsweise die im Stand der Technik bekannte Textur mittels invertierter Pyramiden. The use of diffractive textures on the backside of a solar cell is basically known as described above and described, for example, in C. Heine, R.H. Morf, Submicrometer gratings for Solar energy applications, Applied Optics, VL. 34, no. 14, May 1,995. However, in the case of the silicon solar cells known from the prior art, there is no combination of refractive and diffractive textures. Applicant's investigations have shown that the main disadvantage is that when combining a front side with a refractive texture and a rear side with a diffractive texture, the light impinges on the rear side in different directions and with different relative orientations, so that a part of the Rays strike the backside texture at a non-optimal angle. Furthermore, the beams diffracted by the rear side hit the front side at least partially at unfavorable angles, so that a decoupling of these beams takes place, and thus the luminous efficacy is reduced. These effects are especially pronounced when the frontal texture is a three-dimensional Texture, such as the texture known in the art by means of inverted pyramids.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorderseite der erfindungsge- mäßen Solarzelle daher zumindest in einem Teilbereich eine Vorderseitentextur auf, welche entlang einer Raumrichtung A periodisch ist mit einer Periodenlänge größer 1 pm und die Rückseite weist zumindest in einem Teilbereich eine Rückseitentextur auf, welche entlang einer Raumrichtung B periodisch ist mit einer Periodenlänge kleiner 1 pm. Hierbei steht die Raumrichtung A in einem Winkel zwischen 80° und 100° Grad zu der Raumrichtung B. Bei Draufsicht auf die Vorderseite der Solarzelle schließen die Raumrichtung A der periodischen Erstre- ckung der Vorderseitentextur und die Raumrichtung B der periodischen Erstre- ckung der Rückseitentextur folglich einen Winkel zwischen 80° und 100° ein. Eine Textur wird als periodisch bezeichnet, wenn ein Vektor V (V ^ 0) existiert für den gilt: Eine Translation um V und ganzzahlige Vielfache von V überführt die Textur in sich selbst. Der erzeugende Vektor einer Periode ist der kleinst- mögliche Vektor V der diese Bedingung erfüllt. Periodizität ist nur dann vorhanden, wenn ein solcher kleinstmöglicher Vektor existiert. Für V gilt, dass aus- schließlich Translationen von V und ganzzahlige Vielfache von V die Textur in sich selbst überführen. Die Länge von V ist die Periodenlänge. Gibt es lediglich einen (linear unabhängigen) solchen Vektor, spricht man von linearer Periodizität. Vorzugsweise weisen Vorder- und Rückseitentextur eine lineare Periodizität auf. In an advantageous embodiment, therefore, the front side of the solar cell according to the invention has a front side texture at least in a partial area which is periodic along a spatial direction A with a period length greater than 1 μm and the rear side has a backside texture at least in a partial area along a spatial direction B is periodic with a period less than 1 pm. In this case, the spatial direction A is at an angle between 80 ° and 100 ° degrees to the spatial direction B. When viewed from the top of the solar cell, the spatial direction A of the periodic extension of the frontal texture and the spatial direction B of the periodic extension of the backside texture consequently conclude an angle between 80 ° and 100 °. A texture is said to be periodic if a vector V (V ^ 0) exists for which holds: A translation around V and integer multiples of V converts the texture into itself. The generating vector of a period is the smallest possible vector V of meets this condition. Periodicity is present only if such a smallest possible vector exists. For V, it is true that only translations of V and integer multiples of V transform the texture into itself. The length of V is the period length. If there is only one (linearly independent) such vector, one speaks of linear periodicity. Preferably, the front and back textures have a linear periodicity.
Die Raumrichtung A verläuft hierbei parallel zur Vorder- und die Raumrichtung B parallel zur Rückseite. Die Bezeichnung„parallel" bezieht sich hierbei und im Folgenden auf die jeweils untexturierten Oberflächen von Vorder- und Rückseite, d.h. gedachte plane Ebenen, welche die untexturierte Vorder- bzw. Rückseite darstellen würden. Typischerweise ist die Vorderseite parallel zur Rückseite. Die Angabe„eine Raumrichtung X verläuft parallel zu einer Ebene E" ist so zu verstehen, dass der Vektor, welcher X repräsentiert, in der Ebene E liegt, also alle Punkte von X auch Punkte von E sind. Die erfindungsgemäße Solarzelle weist in dieser vorteilhaften Ausführungsform an der Vorderseite eine sich in Raumrichtung A periodisch erstreckende Textur auf. Hierdurch werden die möglichen Richtungen und Orientierungen, mit denen Lichtstrahlen auf die Rückseite auftreffen, reduziert. Weiterhin steht die Raumrichtung B, in der sich die Rückseitentextur periodisch erstreckt, in einem Winkel zwischen 80° und 100° zu der Raumrichtung A. Für den Großteil der möglichen Strahlengänge wird hierdurch der zuvor beschriebene negative Effekt einer Lichtwegsverkürzung ausgeschlossen. The spatial direction A runs parallel to the front and the spatial direction B parallel to the back. The term "parallel" here and below refers to the respectively untextured surfaces of front and back, ie imaginary plane planes, which would represent the untextured front or back side, typically the front side is parallel to the rear side Spatial direction X is parallel to a plane E ", it should be understood that the vector representing X is in the plane E, that is, all points of X are also points of E. In this advantageous embodiment, the solar cell according to the invention has a texture extending periodically in the spatial direction A on the front side on. This reduces the possible directions and orientations with which light rays strike the rear side. Furthermore, the spatial direction B, in which the backside texture extends periodically, is at an angle of between 80 ° and 100 ° to the spatial direction A. For the majority of the possible beam paths, the above-described negative effect of shortening the light path is thereby excluded.
Aufgrund der Ausbildung der Vorderseitentextur als eine sich in Raumrichtung A periodisch erstreckende Textur erfolgt zumindest bei senkrecht auf die Vorderseite auftreffenden Strahlen eine Einkopplung im Wesentlichen in einer Ebene, die durch die Raumrichtung A und eine senkrecht zur Vorderseite stehende Raumrichtung aufgespannt ist. Hierdurch ist es möglich, die diffraktive Rückseitentextur derart zu optimieren, Due to the formation of the front side texture as a texture extending periodically in the spatial direction A, at least in the case of beams incident perpendicularly to the front, coupling takes place essentially in a plane which is spanned by the spatial direction A and a spatial direction perpendicular to the front side. This makes it possible to optimize the diffractive backside texture in such a way
- dass die an der Rückseite gebeugten Strahlen nahezu parallel zu der Rückseite propagieren, wodurch eine Lichtwegverlängerung erzielt wird, that the beams diffracted at the rear propagate almost parallel to the rear side, whereby an optical path extension is achieved,
- dass die an der Rückseite gebeugten Strahlen an der Vorderseite derart auftreffen, dass eine Totalreflexion an der Vorderseite und damit ebenfalls eine Lichtwegverlängerung erzielt wird und - That the diffracted at the back rays incident on the front so that a total reflection at the front and thus also a Lichtwegverlängerung is achieved and
- dass an der Rückseite keine verlustbehafteten Mehrfachreflexionen auftreten.  - That no lossy multiple reflections occur on the back.
Eine solche Optimierung wird zum Teil bereits dadurch erreicht, dass die Raumrichtung B, in der sich die Rückseitentextur periodisch erstreckt, in einem Winkel zwischen 80° und 100° zu der Raumrichtung A steht. Eine erhöhte Optimierung wird durch einen Winkel zwischen 85° und 95° erreicht, vorzugsweise einen Winkel von 90°, d. h. dass die beiden Raumrichtungen im rechten Winkel zueinander stehen. Such an optimization is in part already achieved in that the spatial direction B, in which the backside texture extends periodically, is at an angle between 80 ° and 100 ° to the spatial direction A. An increased optimization is achieved by an angle between 85 ° and 95 °, preferably an angle of 90 °, d. H. that the two spatial directions are at right angles to each other.
Vorteilhafterweise bedecken Vorder- und Rückseitentextur jeweils im Wesentlichen die gesamte Vorder- und Rückseite der Solarzelle, ggf. mit Unterbrechungen z. B. zur Aufbringung von Metallisierungsstrukturen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein oder mehrere Teilbereiche von Vorder- und/oder Rückseite eine Textur aufweisen. In dieser Ausführungsform sind Vorder- und Rückseitentextur vorzugsweise an einander gegenüberliegenden Teilbereichen der Vorder- und Rückseite angeordnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass gegebenenfalls die Solarzelle an Vorder- und/oder Rückseite in mehrere Teilbereiche aufgeteilt ist, die jeweils eine sich periodisch erstreckende Textur aufweisen. Wesentlich ist jedoch, dass in anderen Raumrichtungen als die Raumrichtung der periodischen Erstreckung gegebenenfalls vorliegende Wiederholungen eine wesentlich größere Periodizität aufweisen, verglichen der Periodizität der sich periodisch erstreckenden Textur. Advantageously, the front and back surface cover each substantially the entire front and back of the solar cell, possibly with interruptions z. B. for the application of metallization. Likewise, it is within the scope of the invention that only one or more partial areas of the front and / or back have a texture. In this embodiment, the front and back side textures are preferably arranged on opposite front and back portions. It is within the scope of the invention that, where appropriate, the solar cell is divided at the front and / or back into several subregions, each having a periodically extending texture. It is essential, however, that repetitions that may be present in directions other than the spatial direction of the periodic extension have a significantly greater periodicity compared to the periodicity of the periodically extending texture.
Vorzugsweise weist daher die Vorderseitentextur in einer zu der Raumrichtung A senkrecht stehenden Raumrichtung A' keine Periodizität oder eine Periodizität mit einer Periodenlänge von mindestens 30 μπι, vorzugsweise mindestens 50 μιη auf. Die Raumrichtung A' verläuft ebenfalls parallel zur Vorderseite. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die die Vorderseitentextur in Raumrichtung A' keine Periodizität oder eine Periodizität mit einer Periodenlänge aufweist, die mindestens dem 5-fachen, vorzugsweise mindestens dem 10-fachen, im Weiteren vorzugsweise mindestens dem 1 5-fachen der Periodenlänge der Vorderseitentextur in Raumrichtung A entspricht. Preferably, therefore, the front side texture in a direction perpendicular to the spatial direction A spatial direction A 'no periodicity or periodicity with a period length of at least 30 μπι, preferably at least 50 μιη on. The spatial direction A 'also runs parallel to the front side. Furthermore, it is advantageous if the front side texture in the spatial direction A 'has no periodicity or a periodicity with a period length which is at least 5 times, preferably at least 10 times, furthermore preferably at least 1 5 times the period length of the front side texture in the direction of space A corresponds.
Weiterhin weist vorzugsweise die Rückseitentextur in einer zu der Raumrichtung B senkrecht stehenden Raumrichtung B' keine Periodizität oder eine Periodizität mit einer Periodenlänge von mindestens 5 μηη, vorzugsweise mindestens 10 μηη , im Weiteren vorzugsweise mindestens 30 μιτι, insbesondere mindestens 50 μητι auf. Die Raumrichtung B' verläuft ebenfalls parallel zur Rückseite. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die die Rückseitentextur in Raumrichtung B' keine Periodizität oder eine Periodizität mit einer Periodenlänge aufweist, die mindestens dem 5-fachen, vorzugsweise mindestens dem 10-fachen, im Weiteren vorzugsweise mindestens dem 1 5-fachen der Periodenlänge der Rückseitentextur in Raumrichtung B entspricht. Furthermore, preferably the backside texture in a direction perpendicular to the spatial direction B spatial direction B 'no periodicity or a periodicity with a period of at least 5 μηη, preferably at least 10 μηη, further preferably at least 30 μιτι, in particular at least 50 μητι on. The spatial direction B 'also runs parallel to the back. Furthermore, it is advantageous if the backside texture in the spatial direction B 'has no periodicity or a periodicity with a period length which is at least 5 times, preferably at least 10 times, furthermore preferably at least 1 5 times the period length of the backside texture in the direction of space B corresponds.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Texturen in den Raumrichtungen A' bzw. B' keine oder nur einer geringfügige Höhenänderung aufweisen, d. h. dass sich das Höhenprofil der Textur in dieser Raumrichtung nicht oder nicht wesentlich ändert. Vorzugsweise ändert sich daher die Höhe der Vorderseitentextur in der Raumrichtung A' um nicht mehr als 2 μπι, insbesondere weist in der Raumrichtung A' die Vorderseitentextur eine in etwa konstante Höhe auf. Furthermore, it is advantageous if the textures have no or only a slight height change in the spatial directions A 'or B', ie that the height profile of the texture does not change or does not change significantly in this spatial direction. Preferably, therefore, the height of the front side texture changes in the spatial direction A 'by no more than 2 μπι, in particular, in the spatial direction A', the front side texture has an approximately constant height.
Weiterhin ändert sich daher die Höhe der Rückseitentextur in der Raumrichtung A' vorzugsweise um nicht mehr als 50 nm, insbesondere weist in der Raumrichtung A' die Rückseitentextur eine in etwa konstante Höhe auf. Furthermore, therefore, the height of the backside texture in the spatial direction A 'preferably does not change by more than 50 nm; in particular, in the spatial direction A', the backside texture has an approximately constant height.
Die vorgenannten Bedingungen vereinfachen den Herstellungsprozess und verhindern nachteilige optische Effekte. The above conditions simplify the manufacturing process and prevent adverse optical effects.
Zur Vereinfachung und Kostenreduzierung der Herstellung der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es insbesondere vorteilhaft, dass die Vorderseitentextur eine sich in Raumrichtung A' linear erstreckende Textur ist und/oder die Rückseite eine sich in Raumrichtung B' linear erstreckende Textur ist. Solche Strukturen werden auch Grabenstrukturen genannt. Die Raumrichtung der periodischen Erstreckung steht in diesem Fall somit senkrecht zu den linearen oder grabenartigen Texturelementen. Insbesondere ist es vorteilhaft dass die Vorderseitentextur in Raumrichtung A' und/oder die Rückseitentextur in Raumrichtung B' jeweils eine in etwa konstante Querschnittsfläche und in etwa konstante Querschnittsflächenform aufweisen. In order to simplify and reduce the cost of manufacturing the solar cell according to the invention, it is particularly advantageous for the front side texture to be a linearly extending texture in the spatial direction A 'and / or for the back to be a linearly extending texture in the spatial direction B'. Such structures are also called trench structures. The spatial direction of the periodic extension is thus perpendicular to the linear or trench-like texture elements in this case. In particular, it is advantageous that the front side texture in the spatial direction A 'and / or the backside texture in the spatial direction B' each have an approximately constant cross-sectional area and an approximately constant cross-sectional area shape.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in Teilbereichen an der Vorder- und/oder Rückseite die Textur unterbrochen ist, beispielsweise zur Aufbringung einer Metallisierungsstruktur zur elektrischen Kontaktierung des Siliziumsubstrates. It is within the scope of the invention that the texture is interrupted in partial regions on the front and / or rear side, for example for applying a metallization structure for electrical contacting of the silicon substrate.
Die Höhe der Vorderseitentextur, d.h. der maximale Höhenunterschied der optisch relevanten Fläche der Vorderseitentextur, beträgt vorzugsweise zwischen 2 μιη und 50 μηι, insbesondere zwischen 5 μιη und 30 μιη. Hierdurch wird eine Optimierung der refraktiven optischen Wirkung und der kostengünstigen Herstellung erzielt. The height of the front side texture, i. the maximum height difference of the optically relevant surface of the front side texture, is preferably between 2 μιη and 50 μηι, in particular between 5 μιη and 30 μιη. As a result, an optimization of the refractive optical effect and the cost-effective production is achieved.
Die Höhe der Rückseitentextur, d.h. der maximale Höhenunterschied der optisch relevanten Fläche der Rückseitentextur, beträgt vorzugsweise zwischen 50 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 80 nm und 300 nm. Hierdurch wird eine Optimierung der diffraktiven optischen Wirkung und der kostengünstigen Herstellung erzielt. The height of the backside texture, ie the maximum height difference of the optically relevant surface of the backside texture, is preferably between 50 nm and 500 nm, in particular between 80 nm and 300 nm Optimization of the diffractive optical effect and cost-effective production achieved.
Um die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle nicht zu beeinträchtigen und eine einfache elektrische Kontaktierung mittels metallischer Strukturen zu ermöglichen ist es vorteilhaft, wenn die Vorderseitentextur eine Periodizität kleiner 40 μιτι, vorzugsweise kleiner 20 μηη aufweist. In order not to impair the electrical properties of the solar cell and to enable a simple electrical contacting by means of metallic structures, it is advantageous if the front side texture has a periodicity of less than 40 μιτι, preferably less than 20 μηη.
Zur Erzielung optimaler optischer Eigenschaften der Rückseite ist es alternativ und/oder zusätzlich vorteilhaft, dass die Rückseitentextur eine Periodizität größer 50 nm, vorzugsweise größer 100 nm aufweist. To achieve optimum optical properties of the back side, it is alternatively and / or additionally advantageous for the backside texture to have a periodicity greater than 50 nm, preferably greater than 100 nm.
Vorzugsweise ist die Vorderseitentextur direkt an der Vorderseite des Siliziumsubstrates erzeugt. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine oder mehrere Schichten auf der Vorderseite des Siliziumsubstrates aufzubringen und die Textur an einer oder mehrerer dieser Schichten zu erzeugen. Preferably, the front side texture is created directly on the front side of the silicon substrate. It is likewise within the scope of the invention to apply one or more layers on the front side of the silicon substrate and to produce the texture on one or more of these layers.
Die Periodizitäten der Vorderseitentextur und der Rückseitentextur sind vorzugsweise derart gewählt, dass die Vorderseitentextur eine vorwiegend refrakti- ve Textur und die Rückseitentextur eine vorwiegend diffraktive Textur ist. Vorteilhafterweise ist die Periodizität der Vorderseite daher größer als 3 μιη, insbesondere größer als 5 μιη. Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhafterweise die Periodizität der Rückseitentextur kleiner als 800 nm, vorzugsweise kleiner als 600 nm. The periodicities of the front side texture and the back side texture are preferably selected such that the front side texture is a predominantly refractory texture and the back side texture is a predominantly diffractive texture. Advantageously, the periodicity of the front side is therefore greater than 3 μιη, in particular greater than 5 μιη. Alternatively or additionally, the periodicity of the backside texture is advantageously less than 800 nm, preferably less than 600 nm.
Zur optimalen Erhöhung der Lichtausbeute überdeckt die Vorderseitentextur vorteilhafterweise mindestens 30 %, insbesondere mindestens 60 %, im Weiteren mindestens 90 % der Vorderseite, ggf. mit Unterbrechungen z. B. für Metallisierungen. Gleiches gilt für die Rückseitentextur an der Rückseite. For optimal increase of the light output, the front side texture advantageously covers at least 30%, in particular at least 60%, furthermore at least 90% of the front side, possibly with interruptions z. B. for metallization. The same applies to the backside texture on the back.
Zur Erzeugung hocheffizienter Siliziumsolarzellen ist die Verwendung eines monokristallinen Siliziumsubstrates üblich. In diesem Fall ist die Vorderseitentextur vorzugsweise durch lineare Texturelemente ausgebildet, welche jeweils eine dreieckige Querschnittsfläche aufweisen. To produce highly efficient silicon solar cells, the use of a monocrystalline silicon substrate is common. In this case, the front side texture is preferably formed by linear texture elements each having a triangular cross-sectional area.
Ebenso ist die Verwendung multikristalliner Siliziumwafer vorteilhaft. Hier sind die erzielten Wirkungsgrade zwar etwas niedriger im Vergleich mit monokristal- linen Solarzellen, die Materialkosten sind jedoch deutlich geringer. Bei Verwendung multikristalliner Siliziumwafer wird vorteilhafterweise eine Vorderseitentextur mit einer Querschnittsfläche, die gebogene oder runde Ränder aufweist, erzeugt. Likewise, the use of multicrystalline silicon wafers is advantageous. Although the efficiencies achieved here are slightly lower in comparison with monocrystalline solar cells, but the material costs are significantly lower. When using multicrystalline silicon wafers, a front side texture having a cross-sectional area that has curved or round edges is advantageously produced.
Aufgrund der unterschiedlichen Ätzgeschwindigkeiten in verschiedenen Raumrichtungen bei Ätzen eines monokristallinen Siliziumsubstrates weist die Rückseitentextur vorzugsweise lineare Texturelemente auf, wie beispielsweise in der zuvor genannten Veröffentlichung J. Heine; R. H. Morf, a a O. , auf Seite 2478 zu Figur 3 beschrieben. Häufig ist jedoch die Herstellung solcher Texturelemente mit sägezahnförmigem Querschnitt äußerst aufwendig und kostenintensiv. Vorzugsweise wird die Sägezahnform daher durch eine Treppenform angenähert, wie in der genannten Veröffentlichung auf gleicher Seite zu Figur 4 beschrieben. Die genannte Veröffentlichung wird per Referenznahme in diese Beschreibung eingebunden. Because of the different etch rates in different spatial directions when etching a monocrystalline silicon substrate, the backside texture preferably comprises linear texture elements as described, for example, in the aforementioned J. Heine publication; R. H. Morf, loc. Cit., On page 2478 to FIG. Frequently, however, the production of such texture elements with a sawtooth-shaped cross section is extremely complicated and expensive. Preferably, the sawtooth shape is therefore approximated by a staircase shape, as described in the cited publication on the same page to Figure 4. The cited publication will be incorporated into this description by reference.
Eine besonders einfach und damit kostengünstig herstellbare diffraktive Textur stellt eine zinnenförmige Rückseitentextur mit senkrecht zueinander stehenden Flanken dar, wie beispielsweise in der vorgenannten Veröffentlichung zu Figur 2 beschrieben. A particularly simple and therefore inexpensive to produce diffractive texture represents a crenellated backside texture with mutually perpendicular flanks, as described for example in the aforementioned publication to Figure 2.
Ebenso liegen sinusförmige, diffraktive Texturen sowie sägezahnförmige, diffraktive Texturen im Rahmen der Erfindung. Likewise, sinusoidal, diffractive textures and sawtooth, diffractive textures are within the scope of the invention.
Aufgrund der geringen Strukturgrößen der Rückseitentextur können die vorgenannten vorteilhaften Querschnittsformen häufig prozessbedingt nur näherungsweise erzielt werden, insbesondere treten häufig Rundungen an den Kanten der Strukturen auf. Due to the small structure sizes of the backside texture, the aforementioned advantageous cross-sectional shapes can often only be approximately achieved due to the process, in particular roundings often occur at the edges of the structures.
Im Unterschied zu den vorbekannten diffraktiven Rückseitentexturen treffen bei der erfindungsgemäßen Solarzelle die Strahlen aufgrund der Vorderseitentextur typischerweise nicht senkrecht auf die Rückseite auf. Vorzugsweise ist die Rückseitentextur daher für einen nicht senkrechten Einfall der Strahlen auf die Rückseite optimiert, insbesondere, in dem für einen gegebenen Einfallswinkel Θ auf die Rückseite die Periodizität AR der Rückseitentextur gemäß Formel 1 gewählt ist: Λ« = ΤΞ^ (Forme1 1) . mit dem Brechungsindex n des Siliziumsubstrates und der Wellenlänge λ des auf die Rückseite auftreffenden Strahles. Vorzugsweise ist λ hierbei die größte relevante Wellenlänge, d.h. die größte noch relevant zur Ladungsträgergeneration in der Solarzelle beitragende Wellenlänge des Spektrums der auf die Solarzelle auftreffenden Strahlung und der Winkel Θ der aufgrund der Vorderseitentextur vorliegende Haupteinfallswinkel der Strahlen auf die Rückseite. Formel 1 liefert insbesondere bei einem Winkel von 90° zwischen der periodischen Erstreckung von Vorder- und Rückseitentextur und/oder bei einer Vorderseitentextur mit dreieckigen Querschnittsflächen eine optimale Periodizität für die Rückseitentextur. In contrast to the previously known diffractive back textures, in the case of the solar cell according to the invention the rays typically do not strike the backside perpendicularly due to the front side texture. The backside texture is therefore preferably optimized for a non-perpendicular incidence of the rays on the rear side, in particular in which, for a given angle of incidence Θ on the rear side, the periodicity A R of the backside texture according to formula 1 is selected: Λ « = ΤΞ ^ ( Forme1 1 ). with the refractive index n of the silicon substrate and the wavelength λ of the beam incident on the back surface. In this case, λ is preferably the largest relevant wavelength, ie the largest wavelength of the spectrum of the radiation impinging on the solar cell that still contributes to the charge carrier generation in the solar cell and the angle Θ of the main incident angle of the rays due to the frontal texture on the backside. Formula 1 provides optimum periodicity for the backside texture, especially at an angle of 90 ° between the periodic extension of front and back texture and / or in frontal texture with triangular cross-sectional areas.
Bei Verwendung eines monokristallinen Siliziumwafers und Ätzen der Vorderseitentextur ergibt sich aufgrund der Kristallorientierung typischerweise ein Einfallswinkel Θ auf die Rückseite von 41 ,4°. Weiterhin wird für Silizium die größte relevante Wellenlänge vorzugsweise mit λ = 1 100 nm gewählt, denn dies stellt eine Wellenlänge nahe der Bandlücke dar. Mit einem Brechungsindex von n = 3,5 für Silizium ergibt sich in dieser vorzugsweisen Ausführungsform somit eine Periodizität von AR = 419 nm. When using a monocrystalline silicon wafer and etching the front side texture is due to the crystal orientation typically results in an angle of incidence Θ on the back of 41, 4 °. Furthermore, for silicon, the largest relevant wavelength is preferably chosen to be λ = 1100 nm, since this represents a wavelength near the band gap. With a refractive index of n = 3.5 for silicon, a periodicity of A R results in this preferred embodiment = 419 nm.
Weitere Merkmale und vorzugsweise Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren und Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt: Further features and preferably embodiments are explained below with reference to the figures and exemplary embodiments. Showing:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Solarzelle gemäß der zuvor beschriebenen ersten Variante einer vorzugsweisen Ausführungsform, bei der die Texturschicht als Emitterschicht ausgebildet ist; 1 shows a solar cell according to the invention according to the previously described first variant of a preferred embodiment, in which the texture layer is formed as an emitter layer;
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle gemäß der zuvor beschriebenen zweiten Variante einer vorzugsweise Ausführungsform, bei der die Texturschicht als Passivierungs- schicht ausgebildet ist und Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle gemäß der zuvor beschriebenen dritten Variante einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der mittels der dotierten Texturschicht ein Back Surface Field (BSF) erzeugt wird. Figure 2 shows an embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described second variant of a preferred embodiment, wherein the texture layer is formed as a passivation layer and FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described third variant of an advantageous embodiment, in which a back surface field (BSF) is generated by means of the doped texture layer.
Die in den Figuren 1 bis 3 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Solarzelle weisen jeweils eine als n-dotierten Siliziumwafer ausgebildete Basisschicht 1 , 21 , 31 auf. Die schematischen Darstellungen in den Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils einen Teilausschnitt der Solarzelle, d. h. die Solarzelle setzt sich am rechten und linken Rand jeweils analog fort. In den Figuren 1 bis 3 ist jeweils ein Teilschnittbild dargestellt, bei dem die Vorderseite oben und die Rückseite der Solarzelle unten liegend ist. Die dargestellten Solarzellen sind jeweils auf einem Siliziumwafer der Größe 20 cm x 20 cm ausgebildet, wobei der Siliziumwafer eine Dicke von etwa 250 μητι aufweist bei einer Basisdotierung von 1015 cm'3. The exemplary embodiments of a solar cell according to the invention shown schematically in FIGS. 1 to 3 each have a base layer 1, 21, 31 formed as n-doped silicon wafer. The schematic representations in FIGS. 1 to 3 each show a partial section of the solar cell, that is to say the solar cell continues analogously at the right and left edges. FIGS. 1 to 3 each show a partial sectional view in which the front side is at the top and the back side of the solar cell is at the bottom. The solar cells shown are each formed on a silicon wafer of size 20 cm x 20 cm, wherein the silicon wafer has a thickness of about 250 μητι at a base doping of 10 15 cm '3rd
Alle drei Ausführungsbeispiele weisen an der Vorderseite sich in der Zeichenebene von rechts nach links erstreckende lineare optische Strukturen auf, welche senkrecht zur Zeichenebene einen dreieckigen Querschnitt aufweisen, so dass sich entlang der Oberfläche senkrecht zur Zeichenebene eine Grabenform als Oberflächenverlauf der Vorderseite ausbildet. Diese refraktive Vorderseitentextur weist eine Periodizität von 10 μιη auf, wobei die Höhe der Texturelemente etwa .14 μιτι beträgt. All three embodiments have at the front in the plane of the right to left extending linear optical structures which have perpendicular to the plane of a triangular cross section, so that along the surface perpendicular to the plane of a trench form forms as a surface course of the front. This refractive front side texture has a periodicity of 10 μιη, wherein the height of the texture elements is about. 14 μιτι.
Ebenfalls bei allen drei Ausführungsbeispielen ist an der Rückseite eine Texturschicht 2, 22, 32 angeordnet, welche eine diffraktive Textur mit einem zinnenartigen Verlauf im Querschnitt jeweils waagrecht in der Zeichenebene der Figuren 1 bis 3. Senkrecht zur Zeichenebene in den Figuren 1 bis 3 erstreckt sich die Rückseitentextur jeweils linear. Also in all three embodiments, a texture layer 2, 22, 32 is arranged on the rear side, which extends a diffractive texture with a crenellated curve in cross section respectively horizontally in the plane of Figures 1 to 3. Perpendicular to the plane in Figures 1 to 3 the backside texture is linear.
Die Rückseitentextur weist eine Periodizität von etwa 420 nm auf. The backside texture has a periodicity of about 420 nm.
Die Raumrichtung der periodischen Erstreckung der Vorderseitentextur steht hierbei in einem Winkel von 90° zu der Raumrichtung der periodischen Erstreckung der Rückseitentextur, d. h. der lineare Verlauf der Vorderseitentextur steht senkrecht zu dem linearen Verlauf der Rückseitentextur. Die Höhe der Texturelemente an der Rückseite beträgt etwa 0, 1 μηη. The spatial direction of the periodic extent of the front side texture is at an angle of 90 ° to the spatial direction of the periodic extension of the backside texture, ie the linear course of the front side texture is perpendicular to the linear course of the backside texture. The height of the texture elements on the back is about 0, 1 μηη.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der zuvor beschriebenen ersten Variante einer vorzugsweisen Ausführungsform dargestellt. Auf der Basisschicht1 shows an embodiment according to the previously described first variant of a preferred embodiment is shown. On the base layer
1 ist an der Rückseite eine pn-Zwischenschicht 5 aufgebracht, welche eine Dicke von etwa 5 nm aufweist und aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium ausgebildet ist. Hierauf ist eine Texturschicht 2 aufgebracht, welche aus p-dotiertem nanokristallinem Silizium mit einer Dicke von etwa 150 nm besteht. Die Dotierung beträgt 1019 cm"3. 1, a pn-type intermediate layer 5 having a thickness of about 5 nm and formed of intrinsic amorphous hydrogenated silicon is deposited on the backside. Then, a texture layer 2 is applied, which consists of p-doped nanocrystalline silicon with a thickness of about 150 nm. The doping is 10 19 cm "3 .
Auf der Texturschicht 2 ist eine Texturzwischenstruktur 3 aufgebracht, welche aus elektrisch leitfähigem, transparentem Oxid (TCO) besteht. Dieses ebnet die durch die Textur bedingten Unebeneinheiten, so dass eine Metallschicht 4 im Idealfall als plane Schicht auf die Texturzwischenstruktur 3 aufgebracht ist. Zumindest ist die Metallschicht auf eine verglichen mit der Oberfläche der Texturschicht wesentlich planere Fläche aufgebracht. On the texture layer 2, a texturing intermediate structure 3 is applied, which consists of electrically conductive, transparent oxide (TCO). This levelens the unevenness units caused by the texture, so that a metal layer 4 is ideally applied to the texturing intermediate structure 3 as a planar layer. At a minimum, the metal layer is applied to a substantially planar surface as compared to the surface of the texture layer.
Zwischen Basisschicht 1 und der als Emitterschicht ausgebildeten TexturschichtBetween the base layer 1 and the textured layer formed as an emitter layer
2 bildet sich über die pn-Zwischenschicht 5 ein pn-Übergang aus. 2, a pn junction is formed via the pn intermediate layer 5.
Auf die Vorderseite auftreffende Strahlung wird in die Basisschicht 1 eingekoppelt und dort zumindest teilweise absorbiert, so dass Elektron-Lochpaare generiert werden. An dem pn-Übergang erfolgt die Ladungsträgertrennung. Radiation incident on the front side is coupled into the base layer 1 and at least partially absorbed there, so that electron-hole pairs are generated. At the pn junction, the charge carrier separation takes place.
Die Majoritätsladungsträger der als Emitterschicht ausgebildeten Texturschicht 2 werden über die elektrisch leitende Texturzwischenstruktur 3 und die als metallische Emitterkontaktierung fungierende Metallschicht 4 abgeführt. The majority charge carriers of the textured layer 2 formed as an emitter layer are dissipated via the electrically conductive texturing intermediate structure 3 and the metal layer 4 functioning as a metallic emitter contact.
Die Majoritätsladungsträger der Basisschicht 1 werden über (nicht dargestellte) kammartige Metallisierungsstrukturen an der Vorderseite der Solarzelle abgeführt. The majority charge carriers of the base layer 1 are dissipated via comb-like metallization structures (not shown) on the front side of the solar cell.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist somit die Vorteile auf, dass einerseits die Rückseite der Basisschicht 1 mit sehr hoher Güte durch die pn-Zwischenschicht 5 passiviert ist. Zusätzlich weist die Rückseite aufgrund der diffraktiven Textur der Texturschicht 2 eine sehr hohe optische Güte für Strahlung in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1 .200 nm auf, so dass auch solche Strahlung, die nicht beim erstmaligen Durchlaufen der Basisschicht 1 absorbiert wird, aufgrund des deutlich verlängerten Lichtweges wesentlich zur Erzeugung von Elektron-Lochpaaren beiträgt. The exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 thus has the advantages that, on the one hand, the back side of the base layer 1 is passivated by the pn intermediate layer 5 with a very high quality. In addition, the back side due to the diffractive texture of the texture layer 2 has a very high optical quality for radiation in the wavelength range 600 nm to 1 .200 nm, so that even radiation that is not absorbed when first passing through the base layer 1, due to the significantly extended light path essential for the production of Electron hole pairs contributes.
Die hohe optische Güte wird dabei dadurch unterstützt, dass durch das Einebnen der Textur mittels der Texturzwischenstruktur 3 die Ausbildung von Plasmonen in der Metallschicht 4 verhindert wird. The high optical quality is thereby supported by the fact that the planarization of the texture by means of the texturing intermediate structure 3 prevents the formation of plasmons in the metal layer 4.
Die Metallschicht 4 ist aus Aluminium ausgebildet. The metal layer 4 is formed of aluminum.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle gemäß der zuvor beschriebenen zweiten Variante einer vorzugsweisen Ausführungsform schematisch im Teilschnitt dargestellt. 2 shows an embodiment of a solar cell according to the invention according to the previously described second variant of a preferred embodiment is shown schematically in partial section.
Auf der Basisschicht 21 ist an der Rückseite unmittelbar die Texturschicht 22 angeordnet. Die Texturschicht ist hierbei aus intrinsischem, amorphem, hydro- genisiertem Silizium ausgebildet und fungiert somit auch als Passivierungs- schicht zur elektrischen Passivierung der Rückseite der Basisschicht 21 . On the base layer 21, the texture layer 22 is arranged directly on the rear side. In this case, the texture layer is formed from intrinsic, amorphous, hydrogenized silicon and thus also acts as a passivation layer for electrically passivating the back side of the base layer 21.
Die diffraktive Textur der Texturschicht 22 und die refraktive Textur an der Vorderseite der Basisschicht 21 sind analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ausgebildet. The diffractive texture of the texture layer 22 and the refractive texture on the front side of the base layer 21 are formed analogously to the embodiment according to FIG.
Die Texturzwischenstruktur 23 ist elektrisch isolierend als Siliziumdioxidschicht ausgebildet. Hierauf ist die aus Aluminium bestehende Metallschicht 24 angeordnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Textur der Texturschicht 22 durch die Texturzwischenstruktur 23 eingeebnet, so dass die Metallschicht 24 auf eine plane Ebene aufgebracht ist. The texturing intermediate structure 23 is designed to be electrically insulating as a silicon dioxide layer. The metal layer 24 consisting of aluminum is then arranged thereon. Also in this embodiment, the texture of the texture layer 22 is flattened by the texture intermediate structure 23, so that the metal layer 24 is applied to a plane plane.
Die elektrische Kontaktierung der Basisschicht 21 erfolgt derart, dass mittels eines Lasers ein lokales Aufschmelzen von Metallschicht 24, Texturzwischenstruktur 23, Texturschicht 22 und einem geringen Teilbereich der Basisschicht 21 erfolgte, so dass nach Erstarren des Schmelzgemischs sich die in Figur 2 dargestellte Struktur ausbildete. Hierbei grenzt die Metallschicht 24 an dem lo- kalen Bereich 24a unmittelbar an die Basisschicht 21 an, so dass ein elektrischer Kontakt besteht. Der Bereich 24b kennzeichnet hierbei den Bereich in der Basisschicht 21 , der bei dem Kontaktierungsvorgang aufgeschmolzen wurde. The electrical contacting of the base layer 21 takes place in such a way that a local melting of the metal layer 24, texturing intermediate structure 23, texture layer 22 and a small subregion of the base layer 21 took place by means of a laser, so that after solidification of the melt mixture the structure illustrated in FIG. 2 was formed. In this case, the metal layer 24 adjoins the local In this case, the region 24a directly adjoins the base layer 21, so that an electrical contact exists. In this case, the region 24b identifies the region in the base layer 21 which has been melted during the contacting process.
An der Vorderseite der Basisschicht 21 ist eine (nicht dargestellte) Emitterschicht mittels Diffusion aus der Gasphase eindiffundiert und diese Emitterschicht ist mittels (nicht dargestellter) kammartiger Metallisierungsstrukturen elektrisch kontaktiert. At the front side of the base layer 21, an emitter layer (not shown) is diffused by diffusion from the gas phase, and this emitter layer is electrically contacted by comb-like metallization structures (not shown).
I n dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der zuvor beschriebenen dritten Variante einer vorzugsweisen Ausführungsform sind ebenfalls die refraktive Textur an der Vorderseite der Basisschicht 31 und die diffraktive Textur der Texturschicht 32 gemäß Figur 1 ausgebildet. Ebenso ist gemäß Figur 2 an der Vorderseite der Basisschicht 31 eine Emitterschicht eindiffundiert, welche mittels kammartiger metallischer Kontaktierungsstrukturen elektrisch leitend kontaktiert ist. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 in accordance with the previously described third variant of a preferred embodiment, the refractive texture on the front side of the base layer 31 and the diffractive texture of the texture layer 32 according to FIG. 1 are likewise formed. Likewise, according to FIG. 2, an emitter layer, which is contacted in an electrically conductive manner by means of comb-like metallic contacting structures, is diffused on the front side of the base layer 31.
An der Rückseite der Basisschicht 31 ist eine Basis-Textur-Zwischenschicht 35 angeordnet. Diese ist elektrisch nicht leitend aus intrinsischem, amorphem, hydrogenisiertem Silizium ausgebildet und weist eine Dicke von etwa 5 nm auf. At the back of the base layer 31, a base-texture intermediate layer 35 is disposed. This is electrically non-conductive formed from intrinsic, amorphous, hydrogenated silicon and has a thickness of about 5 nm.
Die Texturschicht 32 ist auf der Basis-Textur-Zwischenschicht 35 angeordnet und weist ebenfalls eine n-Dotierung auf, d. h. eine Dotierung des gleichen Dotierungstyps wie die Basisschicht 31 . Die Texturschicht 32 ist jedoch mit einer Dotierkonzentration von 1019 cm"3 höher dotiert als die Basisschicht 31 . The texture layer 32 is arranged on the base-texture intermediate layer 35 and also has an n-type doping, ie a doping of the same doping type as the base layer 31. However, the texture layer 32 is doped higher than the base layer 31 at a doping concentration of 10 19 cm -3 .
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Rückseite der Basisschicht 31 somit in zweifacher Hinsicht elektrisch passiviert: Einerseits wird eine geringe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit durch die als Passivierungsschicht ausgebildete Basis-Textur-Zwischenschicht 35 erreicht. Andererseits bildet sich durch die dotierte Texturschicht 31 ein so genanntes Back Surface Field (BSF) aus, welches die Rekombinationsgeschwindigkeit an der Rückseite der Basisschicht 31 zusätzlich verringert. In this embodiment, the back side of the base layer 31 is thus electrically passivated in two respects: on the one hand, a low surface recombination speed is achieved by the base-texture intermediate layer 35 formed as a passivation layer. On the other hand, a so-called back surface field (BSF) is formed by the doped texture layer 31, which additionally reduces the recombination speed at the rear side of the base layer 31.
Die in diesem Ausführungsbeispiel dargestellte Solarzelle weist somit eine besonders hohe elektrische Güte an der Rückseite der Basisschicht 31 auf. Die Texturzwischenstruktur 33 ist elektrisch leitend aus transparentem Oxid (TCO) ausgebildet, so dass Majoritätsladungsträger aus der Basisschicht 31 über die Metallschicht 34 abgeführt werden. The solar cell shown in this embodiment thus has a particularly high electrical quality at the back of the base layer 31. The texturing intermediate structure 33 is formed in an electrically conductive manner from transparent oxide (TCO) so that majority charge carriers are removed from the base layer 31 via the metal layer 34.
Die Basis-Textur-Zwischenschicht 35 ist zwar intrinsisch, d. h. elektrisch nicht leitend. Aufgrund der geringen Dicke von 5 nm können zumindest die Majoritätsladungsträger der Basisschicht 31 jedoch ohne nennenswerten elektrischen Widerstand zu der Texturschicht 32 und über die Texturzwischenstruktur 33 zur Metallschicht 34 gelangen, so dass keine Verluste aufgrund eines etwaigen durch die Basis-Textur-Zwischenschicht 35 verursachten Serienwiderstandes auftreten. Although the base-texture interlayer 35 is intrinsic, i. H. electrically non-conductive. Due to the small thickness of 5 nm, however, at least the majority charge carriers of the base layer 31 can reach the metal layer 34 without appreciable electrical resistance to the texture layer 32 and the texturing intermediate structure 33, so that no losses due to any series resistance caused by the base-texture intermediate layer 35 occur.

Claims

Ansprüche claims
Solarzelle, Solar cell
umfassend eine Siliziumschicht, welche eine Dotierung eines ersten Dotierungstyps aufweist, eine zur Lichteinkopplung ausgebildete Vorderseite und eine Rückseite, comprising a silicon layer, which has a doping of a first doping type, a front side designed for the light coupling and a rear side,
wobei die Siliziumschicht eine dotierte Basisschicht (1 , 21 , 31 ) ist, an der Rückseite der Siliziumschicht zumindest eine Texturschicht (2, 22, 32) und eine Metallschicht (4, 24, 34) angeordnet sind, jeweils gegebenenfalls mit weiteren Zwischenschichten und wherein the silicon layer is a doped base layer (1, 21, 31), on the back of the silicon layer at least one texture layer (2, 22, 32) and a metal layer (4, 24, 34) are arranged, each optionally with further intermediate layers and
die Texturschicht (2, 22, 32) zumindest in einem Teilbereich eine Rückseitentextur aufweist, welche als optische Beugungsstruktur ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, the texture layer (2, 22, 32) has a backside texture at least in a partial region, which is formed as an optical diffraction structure, characterized in that
dass zwischen Texturschicht (2, 22, 32) und Metallschicht (4, 24, 34) zumindest eine Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) angeordnet ist, wobei die Metallschicht (4, 24, 34) mit der Texturschicht (2, 22, 32) und/oder mit der Basisschicht ( 1 , 21 , 31 ) elektrisch leitend verbunden ist, in that at least one texturing intermediate structure (3, 23, 33) is arranged between the texture layer (2, 22, 32) and the metal layer (4, 24, 34), the metal layer (4, 24, 34) being in contact with the texture layer (2, 22, 32) and / or is electrically conductively connected to the base layer (1, 21, 31),
dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) zumindest in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 100 nm im Wesentlichen transparent ist und zumindest in diesem Wellenlängenbereich einen Brechungsindex n kleiner als der Brechungsindex der Texturschicht aufweist, the texturing intermediate structure (3, 23, 33) is substantially transparent at least in the wavelength range 800 nm to 1 100 nm and has a refractive index n smaller than the refractive index of the texture layer at least in this wavelength range,
dass der Brechungsindex aller zwischen der Basisschicht ( 1 , 21 , 31 ) und der Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) angeordneten Schichten maximal um 30% gegenüber dem Brechungsindex von Silizium abweicht und that the refractive index of all layers arranged between the base layer (1, 21, 31) and the texturing intermediate structure (3, 23, 33) deviates by a maximum of 30% from the refractive index of silicon, and
dass diejenige Schicht, welche unmittelbar an der Rückseite der Basisschicht (1 , 21 , 31 ) angeordnet ist, eine die, Oberfläche bezüglich der Rekombination von Minoritätsladungsträgern passivierende Passivierungsschicht ist. that that layer which one the, surface is directly on the back of the base layer (1, 21, 31) is arranged relative to the recombination of minority carriers passivating passivation layer.
Solarzelle nach Anspruch 1 , Solar cell according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) zumindest in dem Wellenlängenbereich 600 nm bis 1200 nm im Wesentlichen transparent ist. the texturing intermediate structure (3, 23, 33) is substantially transparent at least in the wavelength range 600 nm to 1200 nm.
Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) und/oder weitere zwischen Texturschicht (2, 22, 32) und Metallschicht (4, 24, 34) angeordnete Schichten die durch die Rückseitentextur bedingten Unebenheiten reduziert, so dass die Metallschicht (4, 24, 34) auf einer gegenüber der Oberfläche der Rückseitentextur weniger unebenen Fläche aufgebracht ist. Solar cell according to at least one of the preceding claims, characterized the texturing intermediate structure (3, 23, 33) and / or further layers arranged between the texture layer (2, 22, 32) and the metal layer (4, 24, 34) reduces the unevenness caused by the backside texture, so that the metal layer (4, 24 , 34) is applied on a surface which is less uneven with respect to the surface of the backside texture.
4. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 4. Solar cell according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) und gegebenenfalls weitere, zwischen Texturschicht (2, 22, 32) und Metallschicht (4, 24, 34) angeordnete Schichten eine Gesamtdicke von mindestens 50 nm aufweisen, vorzugsweise, dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) eine Dicke von mindestens 50 nm aufweist.  in that the texturing intermediate structure (3, 23, 33) and optionally further layers arranged between the texture layer (2, 22, 32) and metal layer (4, 24, 34) have a total thickness of at least 50 nm, preferably that the texturing intermediate structure (3, 23, 33) has a thickness of at least 50 nm.
5. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüchen , 5. Solar cell according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) zumindest in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 1 00 nm einen Brechungsindex n im Mittel kleiner 2, vorzugsweise einen Brechungsindex n kleiner 1 ,6, insbesondere etwa den Brechungsindex von Luft aufweist und/oder  the texturing intermediate structure (3, 23, 33) has a refractive index n of at least 2, preferably a refractive index n of less than 1.6, in particular approximately the refractive index of air, at least in the wavelength range 800 nm to 110 nm and / or
dass der Absorptionskoeffizient α der Texturzwischenstruktur maximal 1 04 cm"1 , vorzugsweise maximal 1 03 cm-1 , im Weiteren bevorzugt maximal 1 02 cm"1 beträgt. in that the absorption coefficient α of the texture intermediate structure is at most 1 0 4 cm -1 , preferably at most 1 0 3 cm -1 , furthermore preferably at most 1 0 2 cm -1 .
6. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. Solar cell according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Passivierungsschicht eine die Oberfläche bezüglich der Rekombination von Minoritätsladungsträgern passivierende Passivierungsschicht ist, insbesondere eine Passivierungsschicht, welche an der Grenzfläche zu der Rückseite der Basisschicht ( 1 , 21 , 31 ) eine Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit für Minoritätsladungsträger kleiner 1 03 cm/s, vorzugsweise kleiner 1 02 cm/s, im Besonderen kleiner 1 01 cm/s aufweist. in that the passivation layer is a passivation layer passivating the surface with respect to the recombination of minority carriers, in particular a passivation layer which has a surface recombination speed for minority carriers of less than 1 3 cm / s, preferably less than 1, at the interface with the backside of the base layer (1, 21, 31) 0 2 cm / s, in particular less than 1 0 1 cm / s.
7. Solarzelle nach Anspruch 6, 7. Solar cell according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Passivierungsschicht undotiert ist. the passivation layer is undoped.
8. Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7, 8. Solar cell according to at least one of claims 6 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Passivierungsschicht aus Silizium ausgebildet ist, vorzugsweise aus intrinsischem, armorphem, hydrogenisiertem Silizium ausgebildet ist.  in that the passivation layer is formed from silicon, preferably formed from intrinsic armorphic, hydrogenated silicon.
9. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 9. Solar cell according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturschicht (2) als Emitterschicht ausgebildet und entgegengesetzt zur und Basissicht dotiert ist,  the texture layer (2) is formed as an emitter layer and is doped in the opposite direction to the base view,
dass zwischen Emitterschicht und Basisschicht (1 ) zumindest eine undotierte pn-Zwischenschicht (5) angeordnet ist, über welche sich ein pn-Übergang zwischen Emitter- und Basisschicht (1 ) ausbildet und  that between emitter layer and base layer (1) at least one undoped pn-intermediate layer (5) is arranged, over which a pn junction between the emitter and base layer (1) is formed and
dass die Emitterschicht zumindest hinsichtlich der Ladungsträgermajoritäten der Emitterschicht als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist,  the emitter layer is formed as an electrically conductive layer, at least with regard to the charge carrier majorities of the emitter layer,
vorzugsweise, dass in der Schichtenabfolge Basisschicht/pn- Zwischenschicht/Emitterschicht keine weiteren Zwischenschichten angeordnet sind.  preferably, that no further intermediate layers are arranged in the layer sequence base layer / pn interlayer / emitter layer.
10. Solarzelle nach Anspruch 9, 10. Solar cell according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die pn-Zwischenschicht (5) als Passivierungsschicht gemäß mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgebildet ist.  the pn intermediate layer (5) is formed as a passivation layer according to at least one of claims 6 to 8.
1 1 . Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, 1 1. Solar cell according to at least one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturzwischenstruktur (23) elektrisch isolierend ausgebildet ist und dass die Metallschicht (24) an mehreren lokalen Bereichen der Rückseite zumindest mit der der Basisschi.cht (21 ) elektrisch leitend verbunden ist, vorzugsweise, dass die Metallschicht (24) an mehreren lokalen Bereichen der rückseitigen Oberfläche der Basisschicht (21 ) unmittelbar an diese angrenzt. in that the texturing intermediate structure (23) is designed to be electrically insulating, and in that the metal layer (24) is connected to a plurality of local regions of the backside at least with respect to the base layer . Cht (21) is electrically conductively connected, preferably, that the metal layer (24) at several local areas of the rear surface of the base layer (21) directly adjacent thereto.
12. Solarzelle nach Anspruch 1 1 , 12. Solar cell according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass Texturschicht (22) unmittelbar auf die Basisschicht (21 ) aufgebracht ist, vorzugsweise, dass die Texturschicht (22) als Passivierungsschicht gemäß mindestens einem der Ansprüche 6 bis 7 ausgebildet ist. in that the texture layer (22) is applied directly to the base layer (21), preferably in that the texture layer (22) is formed as a passivation layer according to at least one of claims 6 to 7.
13. Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, 13. Solar cell according to at least one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturschicht (32) und Basissicht eine Dotierung des gleichen Dotiertyps aufweisen,  the texture layer (32) and the base do not have a doping of the same doping type,
dass zwischen Texturschicht (32) und Basisschicht (31 ) zumindest eine Basis-Textur-Zwischenschicht (35) angeordnet ist und  in that at least one base-texture intermediate layer (35) is arranged between the texture layer (32) and the base layer (31), and
dass die Texturzwischenstruktur (33) zumindest hinsichtlich der Ladungsträgermajoritäten der Texturschicht (32) als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist,  that the texturing intermediate structure (33) is formed as an electrically conductive layer, at least with regard to the charge carrier majorities of the texture layer (32),
vorzugsweise, dass in der Schichtenabfolge Basisschicht/Basis-Textur- Zwischenschicht/Texturschicht/Texturzwischenstruktur keine weiteren Zwischenschichten angeordnet sind.  preferably, that no further intermediate layers are arranged in the layer sequence base layer / base texture intermediate layer / texture layer / texture intermediate structure.
14. Solarzelle nach Anspruch 13, 14. Solar cell according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Basis-Textur-Zwischenschicht (35) undotiert ist, vorzugsweise dass die Basis-Textur-Zwischenschicht (35) als Passivierungsschicht gemäß mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8 ausgebildet ist.  in that the base-texture intermediate layer (35) is undoped, preferably that the base-texture intermediate layer (35) is formed as a passivation layer according to at least one of claims 6 to 8.
15. Solarzelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 3 bis 14, 15. Solar cell according to at least one of claims 1 3 to 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Texturschicht (32) höher dotiert ist als die Basisschicht (31 ).  the texture layer (32) is doped higher than the base layer (31).
16. Solarzelle nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 16. Solar cell according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Brechungsindex aller zwischen der Basisschicht (1 , 21 , 31 ) und der Texturzwischenstruktur (3, 23, 33) angeordneten Schichten zumindest in dem Wellenlängenbereich 800 nm bis 1 100 nm maximal um 10 %, vorzugsweise maximal 5 %, im Weiteren bevorzugt maximal 1 % gegenüber dem Brechungsindex von Silizium abweicht.  in that the refractive index of all layers arranged between the base layer (1, 21, 31) and the texturing intermediate structure (3, 23, 33) is at most in the wavelength range 800 nm to 1100 nm at most by 10%, preferably at most 5%, furthermore preferably at maximum 1% differs from the refractive index of silicon.
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