EP2494615A2 - Method for producing solar cells having a selective emitter - Google Patents

Method for producing solar cells having a selective emitter

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EP2494615A2
EP2494615A2 EP10770991A EP10770991A EP2494615A2 EP 2494615 A2 EP2494615 A2 EP 2494615A2 EP 10770991 A EP10770991 A EP 10770991A EP 10770991 A EP10770991 A EP 10770991A EP 2494615 A2 EP2494615 A2 EP 2494615A2
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EP
European Patent Office
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etching
psg
phosphoric acid
paste
solar cells
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10770991A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Stockum
Oliver Doll
Ingo Koehler
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Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Publication date
Application filed by Merck Patent GmbH filed Critical Merck Patent GmbH
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Publication of EP2494615A2 publication Critical patent/EP2494615A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of selective emitter solar cells using an improved
  • Charge carriers in the thin crystalline wafers can shorten significantly.
  • the wet-chemical etching step of the wafer requires a covering or shielding by an acid-resistant barrier layer of the regions on the front side at which a metallization is to take place.
  • the treated Wafers are cleaned before being provided with a PECVD SiN x AR coating.
  • the metallization takes place in a screen printing process and by sintering.
  • process variant B includes
  • ARC Deposition Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition” (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
  • This process variant C comprises the following nine steps, which are also shown in FIG. 3:
  • ARC deposition Masking with antireflection coating (ARC deposition) by means of "plasma enhanced chemical vapor deposition” (PECVD) of silicon nitride (SiN x ) screen printing for metallization surface (front side) and rear side with subsequent sintering (cofiring)
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • the wafer is heavily doped only once over the entire surface.
  • the wafer is added for about one hour
  • a polymer paste is printed in a special screen layout, ie a line pattern.
  • the polymer contained in the cured paste is resistant to attack by an acid mixture consisting of HF and HNO 3 and acts as an etch resist.
  • the printed and dried wafer is dipped in a corresponding HF / HNO3 acid mixture and the non-printed wafer surfaces are etched off.
  • the etching bath concentration and the residence time therein are adjusted to the desired etching depth or to the desired sheet resistance. The etch stops when a sheet resistance of 100 ohms / sq is reached.
  • the polymer etching resist
  • the polymer is removed again with the aid of an alkaline solution in this process. Subsequently, it is possible to cover the PSG glass covered by a polymer layer (resist)
  • Anti-reflection layer This masking with an antireflection layer (ARC deposition) takes place by means of "plasma enhanced chemical vapor
  • PECVD silicon nitride
  • the edge insulation on the front side is done by laser.
  • this inventive method differs from previously known methods in that the formation of the selective emitter is carried out using a phosphoric acid-containing etching paste comprising a phosphorus silicate glass (PSG or PSG) layer and an underlying silicon layer etched in one process step.
  • a phosphoric acid-containing etching paste comprising a phosphorus silicate glass (PSG or PSG) layer and an underlying silicon layer etched in one process step.
  • PSG phosphorus silicate glass
  • Silicon surface is obtained with increased micro-roughness compared to the actual texture, because thereby the solar cell produced by the method has an increased efficiency.
  • the method according to the invention can be configured such that, after texturing of the surface of the silicon wafer having a pyramidal or amorphous structure, the surface has a surface
  • Procedural steps are performed in a different order. It will receive a comparable result. After changing the
  • the modified process according to the invention for the production of single-stage emitter solar cells comprises the following process steps:
  • the wafer is cleaned immediately after etching.
  • Embodiments may include cleaning the wafer with deionized water and / or water
  • the process according to the invention for producing single-stage emitter solar cells comprises the following process steps (see FIG. 6):
  • the process of the invention for producing single-stage emitter solar cells comprises
  • these novel pastes contain a solvent or solvent mixture in an amount of 20 to 40% by weight.
  • Particularly suitable solvents in this case are solvents selected from the group of glycerol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone, which can be used neat or in a mixture.
  • compositions contain at least one
  • non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone and hydroxypropylcellulose, which may be contained in pure or in admixture. Particularly good properties are exhibited by pastes containing a particulate thickener selected from the group consisting of carbon black,
  • Thickener included Preferably, corresponding thickeners are contained in the pastes in an amount of 20-35 wt .-%.
  • Phosphor glass can be achieved.
  • an underlying silicon layer can be etched. It has been found by etching experiments with the new etching paste formulations that the latter have a good selectivity with respect to silicon layers, so that a uniform and complete etching can be carried out.
  • Etching paste compositions the production process of solar cells with selective emitter can be successfully simplified and made less expensive.
  • the wafer is heavily doped over its entire surface area.
  • doping with POCl 3 at temperatures of about 800-850 ° C during a residence time of about 30 to 90 minutes with phosphorus. Due to the doping, the conductivity of the cell front side becomes about 35-50
  • the new etching paste is printed on the front side with a special screen layout, preferably with a broad line pattern (1.7 mm line width and 200 pm line spacing), and the printed wafer is heated.
  • the wafer surface is heated to a temperature of 300 ° C to 380 ° C.
  • the heating time is in the range of 1 min to 3 min.
  • Heating is preferably carried out in a belt oven. During the heating step, both the PSG and silicon layers are etched. The etch is complete when a sheet resistance of in the range of 90 to 100 ohms / sq has been achieved. After a simple cleaning with demineralized water and / or with a basic KOH solution (0.05% to 1%), in the next process step the PSG glass (phosphorous glass) is cleaned with the aid of
  • PE-CVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • treated wafer in the belt furnace heated (baked).
  • the edge isolation is done by laser.
  • the inventive method for the production of solar cells with selective emitter and single-stage doping comprises
  • the method according to the invention comprises only seven process steps.
  • the entire production process is cheaper.
  • Process according to the invention and the solar cells produced thereby have the following advantages over known processes A, B and C: 1. Fewer process steps for the production of solar cells with selective emitters (for example only seven process steps instead of the usual nine process steps);
  • Acid mixture consisting of a HF / HNO 3 mixture, is eliminated and thereby the formation of nitrosenic gases is avoided;
  • the resulting solar cells have a higher efficiency, or higher
  • both the etching surface etched with the etching paste according to the invention and the non-etched region of the silicon surface consists of pure silicon and after cleaning has no impurities by diffused phosphorus or due to the use of an etching paste.
  • This proof is possible by EDX analysis without much effort.
  • the EDX analyzes show both the etched and the unetched ones
  • Monocrystalline or multicrystalline solar cells are typically made of solid drawn silicon rods, respectively of cast ones
  • monocrystalline or polycrystalline silicon wafers which may in turn be doped with boron [p-type silicon, 5 "size (125 ⁇ 125 mm, D 150 mm), thickness: 200-260 ⁇ m, resistance: 1, 0-1,
  • the wafers are usually sawn from monocrystalline or polycrystalline silicon rods,
  • the sawn monocrystalline or multicrystalline silicon wafers thus obtained have a rough surface, also referred to as sawing damage, with roughness depths of approximately 20 ⁇ m.
  • an Si layer of about 7 ⁇ m thickness is removed in this way on both sides of the wafer.
  • Fig. 1 Process variant A of a standard process for the preparation of
  • PSG phosphorus-silicate glass
  • Fig. 2 Process variant B of a standard process for the preparation of
  • Fig. 3 Process variant C of a recent process for the production of solar cells with selective emitter with single-stage doping, comprising nine process steps The steps shown in this illustration are as follows:
  • Fig. 4 Presentation of the method according to the invention
  • Fig. 5 Representation of the process in a different order
  • Fig. 8 Effect of the etching pastes according to the invention
  • Fig. 10 EDX analysis of the untreated area 1 in Fig. 8
  • Fig. 2 Representation of the efficiency of a solar cell according to the invention with single-stage emitter compared to the standard solar cell by current-voltage characteristic
  • Fig. 13 Example of a possible print layout (sieve cut) for
  • a reflection reduction of solar cells by a texturing with an alkaline solution, preferably from a NaOH solution and isopropanol, or with an acidic solution consisting of a
  • the single-stage emitter (deep emitter) is formed in a diffusion step. It is a batch process wherein within about one hour, preferably within about 70 minutes at a temperature higher than 800 ° C, at most at 895 ° C, the surface of the wafer is doped with phosphorus. For doping, liquid POCl 3 is used. After about 70 minutes, the desired conductivity of about 40 ohms / sq is reached.
  • So-called “shallow emitters” are produced in the silicon wafers by etching with suitable etching pastes, wherein the etching paste is applied by screen printing, for example a phosphoric acid-containing etching paste, such as, for example, isishape SolarEtch BES, or alternatively can be used for the etching step a KOH-containing etching paste, such as isishape SolarEtch SiS (contains KOH), can be used.
  • a phosphoric acid-containing etching paste such as, for example, isishape SolarEtch BES
  • KOH-containing etching paste such as isishape SolarEtch SiS (contains KOH)
  • the application of the paste can be carried out with a screen printing machine which is called "Baccini printer” (with four cameras)
  • a screen from Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25 can be used to print the etching pastes
  • the screen angle of the screen is 22.4 ° C.
  • the sieve emulsion used is the type Azokol Z130 from Kissel & Wolf, which can be very well printed with a diamond squeegee and 80 shore squeegee hardness.
  • the etching paste is applied with a line width of 1, 7 mm and a line spacing of 200 pm (see sketch Fig.13).
  • the printed wafer is heated up to 400 ° C. for about 5 minutes (the etching paste is activated in this way).
  • a belt furnace is used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set to 550 ° C, Zone 2 at 400 ° C, Zone 3 at 400 ° C and Zone 4 at 300 ° C.
  • Tape speed is 51cm / min.
  • the etched wafer is now cleaned with an inline cleaning system from Schmid. The cleaning takes place in two stages. In the first stage, the wafer is cleaned in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz), in the second stage both sides with a water jet and then dried (compressed air).
  • the PSG glass etching and wet-chemical surface cleaning is performed with HF, hot demineralized water and again with HF.
  • the process time for depositing a layer thickness of 90 nm is 2 h.
  • reaction gases dichlorosilane and NH 3 are used for the separation of Si 3 N 4 .
  • the edge insulation can be done by inline laser edge isolation, but can also be done by a suitable etching process.
  • the required backside contacts are made under the following conditions:
  • a sieve made by Koenen with the specification 230 mesh / inch and a wire diameter of 36 pm used.
  • the clothing angle of the screen is preferably 45 °.
  • the sieve emulsion used is the type ISAR from Koenen.
  • the paste can be printed very well with a diamond squeegee with 60 shore squeegee hardness. The following parameters are set for paste printing: Bounce: 1, 2 mm; Pressure: 70 N;
  • the described process is the aluminum paste DuPont Comp. PV 381 used.
  • a sieve from Koenen with the specification 330 mesh / inch and a wire diameter of 34 pm can be used for printing the paste.
  • the clothing angle of the screen is preferably 45 °.
  • the sieve emulsion used is the type ISAR from Koenen
  • the paste can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness.
  • paste printing the following
  • Standard AI paste prints the entire backside.
  • the printed paste thickness is about 22 pm. The amount of paste is included
  • the printed wafer is heated up to 290 ° C for a period of about 3 minutes.
  • a belt furnace is used.
  • the application of the paste can be done with a screen printing machine called "Baccini printer” (with four cameras)
  • a screen printing machine called "Baccini printer” (with four cameras)
  • the silver paste DuPont Comp PV 145 is used Company Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25pm used
  • the screen angle of the screen is preferably 22.5 ° ..
  • the screen emulsion is the type ISAR Koenen used.
  • the paste can with a diamond squeegee and 60 shore Rakelhärte very
  • the following parameters are set: jump: 1, 2 mm, pressure: 70 N, speed: 160 mm / s
  • the Forderfacelayout with 2 busbars and fingers is printed
  • the line width is 80 pm and The distance between the fingers is 1, 7 mm
  • the width of the main busbars is 2 mm
  • the printed paste thickness is approximately 20 pm
  • the printed wafer is used for the purpose of drying heated for a period of about 3 minutes up to 290 ° C.
  • a belt furnace is used. Burning conditions:
  • the silicon wafers printed with metal paste are transported through an IR belt furnace and fired to a maximum temperature of 880 ° C.
  • This temperature step serves both to burn out the organic paste components and to sinter and melt the metal particles and the glass frit portions. This produces a long-term stable surface contact (state of the art: "co-firing” and "ARC firing through”).
  • a 7-zone belt furnace is used in the described process. Temperature profile: 250-350-400-480-560-560-880 ° C.
  • the belt speed is 1.5 m / min.
  • the etching paste isishape SolarEtch BES is used to etch the "shallow emitter.”
  • Sheet resistance of 40 ohms / sq is etched to a sheet resistance of 100 ohms / sq. For this an etching depth of about 40-50nm is necessary.
  • the emitters produced in this way have characteristic profiles of the phosphorus concentration in relation to the depth of the diffusion, as in
  • DEGMEE diethylene glycol monoethyl ether
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 64 g carbon black and stirred for 2 hours.
  • DEGMEE diethylene glycol monoethyl ether
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 50 g of Ceridust and stirred for 2 hours.
  • DEGMEE diethylene glycol monoethyl ether
  • the clear homogeneous mixture is then mixed with 70 g of Ceridust 9202 F and stirred for 2 hours.
  • the now ready-to-use paste can be printed with a 280 mesh stainless steel mesh sieve.
  • polyester or similar sieve materials can be used.
  • the etch paste produced has proven to be storage stable for a long time while retaining the advantageous etching properties.
  • compositions according to the invention having advantageous properties are given in the following Table 1

Abstract

The present invention relates to a method for producing solar cells having a selective emitter using an improved etching paste composition, which has a substantially improved selectivity with respect to silicon layers.

Description

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem  Process for the production of solar cells with selective
Emitter  emitter
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter unter Verwendung einer verbessertenThe present invention relates to a process for the production of selective emitter solar cells using an improved
Ätzpastenzusammensetzung, welche eine wesentlich verbesserte Selektivität gegenüber Siliziumschichten aufweist. An etch paste composition that has significantly improved selectivity to silicon layers.
Stand der Technik State of the art
Selektive Emitter aufweisende Solarzellen werden bereits in großen Selective emitter-containing solar cells are already in large
Stückzahlen mit bekannten Produktionsprozessen in der Massenfertigung hergestellt. Die Gründe für die Produktion von selektive Emitter aufweisende Solarzellen liegen in einem höheren Wirkungsgrad gegenüber bekannten Standardsolarzellen. Dieser Vorteil kommt dadurch zustande, dass Quantities produced with known production processes in mass production. The reasons for the production of selective emitter having solar cells are in a higher efficiency over known standard solar cells. This advantage is due to the fact that
Solarzellen mit selektiven Emittern einen erheblich niedrigeren Solar cells with selective emitters a significantly lower
Kontaktwiderstand unter dem Metallkontakt besitzen. Darüber hinaus ergibt sich eine verbesserte Passivierung auf der Vorderseite der Zelle und der schwach dotierten Region zwischen den Metallkontakten. Possess contact resistance under the metal contact. In addition, there is improved passivation on the front of the cell and the lightly doped region between the metal contacts.
Bereits in den 1970er Jahren gab es Konzepte für die Herstellung von selektiven Emittern, jedoch waren danach zwei getrennte Prozesse zur Diffusion des Phosphors erforderlich, wobei die jeweils nicht zu dotierenden Bereiche mit einer Maske verdeckt werden mussten. Diese doppelte Already in the 1970s, there were concepts for the production of selective emitters, but then two separate processes for the diffusion of phosphorus were required, with the respective non-doping areas had to be covered with a mask. This double
Dotierung ist nicht nur teuer, sie ist auch nachteilig hinsichtlich der Doping is not only expensive, it is also detrimental to the
Lebensdauer der erzeugten Ladungsträger. Und zwar ist nach diesem früheren Vorgehen ein zweimaliges Erhitzen der Si-Wafer während des Diffusionsvorgangs erforderlich, wodurch sich die Lebensdauer der  Lifetime of the generated charge carriers. Namely, after this previous procedure, heating the Si wafers twice during the diffusion process is required, which increases the lifetime of the Si wafers
Ladungsträger in den dünnen kristallinen Wafern erheblich verkürzen kann. Charge carriers in the thin crystalline wafers can shorten significantly.
Auf diesen damals entwickelten Konzepten bauen auch heute noch On these concepts developed at that time still build today
inzwischen weiterentwickelte Verfahren auf. meanwhile further developed procedures.
So wurde durch A. Dastgheib-Shirazi et al. in einer Veröffentlichung zu einem Vortrag mit dem Titel "Selective Emitter for Industrial Solar Cell Production: A Wet Chemical Approach Using a Single Side Diffusion Process" (Proc. 23rd. EU PVSEC, Valencia, 2008 pp. 1197) ein Verfahren beschrieben, worin in einem einzigen Diffusionsschritt selektive Emitter in mono- und Thus, by A. Dastgheib-Shirazi et al. in a publication to give a lecture entitled "Selective Emitter Solar Cell for Industrial Production: A Wet Chemical Approach Using a Single Side Diffusion Process" (Proc 23 rd.. EU PVSEC, Valencia, 2008 pp. 1197) describes a method in which in a single diffusion step selective emitters in mono- and
multikristallinen Siliziumsolarzellen erzeugt werden. Dabei erfordert der nasschemische Ätzschritt des Wafers eine Abdeckung bzw. Abschirmung durch eine säureresistente Barriereschicht der Regionen auf der Vorderseite, an denen eine Metallisierung erfolgen soll. Nach diesem Verfahren sind sowohl für die Erzeugung der Emitterstrukturen als auch für die multicrystalline silicon solar cells are generated. In this case, the wet-chemical etching step of the wafer requires a covering or shielding by an acid-resistant barrier layer of the regions on the front side at which a metallization is to take place. According to this method, both for the production of the emitter structures as well as for the
anschließende Entfernung der säureresistenten Barriereschicht subsequent removal of the acid-resistant barrier layer
nasschemische Verfahrensschritte erforderlich. wet-chemical process steps required.
Auch in den durch P. Ferrada et al. [„Diffusion through semitransparent barriers on p-type Silicon wafers" (International Solar Energy Research Center - ISC Konstanz, Germany; Bosch Solar Energy AG, Germany), 24th Also in the by P. Ferrada et al. ["Diffusion through semitransparent barriers on p-type silicon wafers" (International Solar Energy Research Center - ISC Constance, Germany; Bosch Solar Energy AG, Germany), 24th
European Photovoltaic Energy Conference, 21 - 25. September 2009, European Photovoltaic Energy Conference, 21 - 25 September 2009,
Hamburg] untersuchten Verfahren zur Herstellung von selektiven Emittern wird in einem Zwischenschritt eine Oxidation zur Bildung einer Barriereschicht durchgeführt. Hierbei wurde gefunden, dass eine hohe Effektivität der hergestellten Solarzelle nur erzielt werden kann, wenn sowohl nach erfolgter Phosphor-Dotierung die Barriereschichten vollständig entfernt werden können als auch Reste von Chemikalien, die zur Durchführung der verschiedenen Prozessschritte benötigt werden, in den zwischendurch erfolgenden Hamburg] investigated methods for the production of selective emitters, an oxidation is carried out in an intermediate step to form a barrier layer. It has been found that high efficiency of the produced solar cell can only be achieved if, after phosphorus doping, the barrier layers can be completely removed as well as residues of chemicals that are required to carry out the various process steps, in between
Reinigungsschritten ohne Spuren zu hinterlassen entfernt werden können. Cleaning steps without leaving a trace can be removed.
In einer anderen Veröffentlichung von Dastgheib-Shirazi, A. et al. [„INSECT: An inline selective emitter concept with efficiencies at at competitive process costs improved with inkjet masking process"; (University of Konstanz, In another publication by Dastgheib-Shirazi, A. et al. ["INSECT: An inline selective emitter concept with efficiencies at competitive process costs improved with inkjet masking process";
Department of Physics, Konstanz, Germany, Gebr. Schmid GmbH, Germany), Preprint 24th EU PVSEC, September 21 - 25 2009, Hamburg ] wird die Department of Physics, Konstanz, Germany, Gebr Schmid GmbH, Germany), Preprint 24 th EU PVSEC September. 21 - 25, 2009 in Hamburg] is the
Herstellung von selectiven Emittern auf monokristallinen Wafern beschrieben, wobei nach einer chemischen Texturierung unter alkalischen Bedingungen ein in-line Diffusionsschritt zur Bildung der Emitter erfolgt. Jedoch ist es nach dieser Methode erforderlich, Flächen, die anschließend metallisiert werden sollen, mit einem gegen Säure resistenten heiß schmelzenden Wachs zu schützen. Die nicht geschützten Regionen der Oberfläche werden geätzt, wie in der erstgenannten Veröffentlichung desselben Autors beschrieben. Production of selective emitters on monocrystalline wafers described, wherein after a chemical texturing under alkaline conditions, an in-line diffusion step to form the emitter occurs. However, according to this method, it is necessary to protect surfaces to be metallized with an acid-resistant hot-melt wax. The unprotected regions of the surface are etched as described in the first-mentioned publication by the same author.
Anschließend, nach der Entfernung der Maskierung, werden die behandelten Wafer gereinigt, bevor sie mit einer PECVD-SiNxAR-Schicht versehen werden. Die Metallisierung erfolgt in einem Siebdruckverfahren und durch Sintern. Subsequently, after removal of the masking, the treated Wafers are cleaned before being provided with a PECVD SiN x AR coating. The metallization takes place in a screen printing process and by sintering.
In den Prozessfließbildem Abbildung 1 und Abbildung 2 sind die In the process flow diagrams Figure 1 and Figure 2 are the
Verfahrensschritte dargestellt, die bei der Herstellung von zweistufigen selektiven Emittern bislang durchlaufen werden. Diese Herstellungsmethoden sind bereits in der industriellen Produktion von Solarzellen eingeführt. Process steps shown so far in the production of two-stage selective emitters. These manufacturing methods are already introduced in the industrial production of solar cells.
Nach Verfahrensvariante A, wie in Abbildung 1 dargestellt, umfasst die According to process variant A, as shown in Figure 1, the
Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern folgende Schritte: Production of solar cells with selective emitters following steps:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidaler Struktur 1. Texturing of the surface with pyramidal structure
2. Phosphordotierung (100O/sq Diffusion von POCI3) und PSG-Ätzen 2. Phosphorus doping (100O / sq diffusion of POCI 3 ) and PSG etching
3. Maskierung (PE-CVD SiNx) 3. Masking (PE-CVD SiN x )
4. Selektive Öffnung der Maskierung durch Ätzen mit Ätzpasten oder durch Laser 4. Selective opening of the masking by etching with etching pastes or by laser
5. Phosphordotierung (40Q/sq Diffusion von POCI3) und PSG-Ätzen 5. Phosphorus doping (40Q / sq diffusion of POCI 3 ) and PSG etching
6. Siebdruck zur Metallisierung Oberfläche und Rückseite / Sintern  6. Screen printing for metallization surface and back / sintering
7. Kantenisolierung  7. Edge insulation
Nach Verfahrensvariante B, wie in Abbildung 2 dargestellt, umfasst die According to process variant B, as shown in Figure 2, includes
Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern folgende acht Schritte: Production of solar cells with selective emitters following eight steps:
1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidaler Struktur 1. Texturing of the surface with pyramidal structure
2. Maskierung durch thermische Abscheidung von SiO2 2. Masking by thermal deposition of SiO 2
3. Selektive Öffnung der Maskierung durch Ätzen mit Ätzpasten oder durch Laser  3. Selective opening of the masking by etching with etching pastes or by laser
4. Phosphordotierung (40Q/sq Diffusion von POCI3) und PSG-Ätzen 4. Phosphorus doping (40Q / sq diffusion of POCI 3 ) and PSG etching
5. Phosphordotierung (100Q/sq Diffusion von POCI3) und PSG-Ätzen 5. Phosphorus doping (100Q / sq diffusion of POCI 3 ) and PSG etching
6. Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition ) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)6. Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
7. Siebdruck zur Metallisierung Oberfläche (Frontseite) und Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring). 7. Screen printing for metallization Surface (front side) and rear side with subsequent sintering (cofiring).
8. Kantenisolierung Seit 2007 ist eine Verfahrensvariante C bekannt, wie in Abbildung 3 8. Edge insulation Since 2007, a process variant C is known, as in Figure 3
dargestellt, (vorgestellt auf der PVSEC Konferenz 2007), wodurch Solarzellen mit einstufigen selektiven Emittern herstellbar sind, welche ausreichende Effektivitäten aufweisen und Prozesstauglich sind. (presented at the 2007 PVSEC Conference), which allows solar cells to be fabricated with single-stage selective emitters that have sufficient efficiencies and process capability.
Diese Verfahrensvariante C umfasst die folgenden neun Schritte, welche auch in Abbildung 3 dargestellt sind: This process variant C comprises the following nine steps, which are also shown in FIG. 3:
Texturierung der Oberfläche mit pyramidalen Strukturen Texturing of the surface with pyramidal structures
Phosphordotierung (40Q/sq Diffusion von POCI3) Phosphorus doping (40Q / sq diffusion of POCI 3 )
Lokales Auftragen der Ätzmaske durch Inkjet-drucken  Local application of the etching mask by inkjet printing
Lokales Ätzen der PSG- und Silizium-Schicht mit einer HF/HNO3-Lösung, um eine Leitfähigkeit von 100Q/sq zu erzielen (PSG = Phosphor SilicateLocally etch the PSG and silicon layers with an HF / HNO 3 solution to achieve 100Q / sq conductivity (PSG = Phosphorus silicates
Glass) Glass)
Entferung (Stripping) der Ätzmaske  Stripping the etching mask
PSG Ätzung  PSG etching
Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition ) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx) Siebdruck zur Metallisierung Oberfläche (Frontseite) und Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring) Masking with antireflection coating (ARC deposition) by means of "plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) of silicon nitride (SiN x ) screen printing for metallization surface (front side) and rear side with subsequent sintering (cofiring)
Kantenisolierung  edge isolation
Bei dieser Verfahrensvariante wird der Wafer nur einmal ganzflächig stark dotiert. Zu diesem Zweck wird der Wafer für etwa eine Stunde bei In this process variant, the wafer is heavily doped only once over the entire surface. For this purpose, the wafer is added for about one hour
Temperaturen von etwa 800 - 850 °C mit POCI3 behandelt. Dabei diffundiert Phosphor in die Oberfläche des Wafers. Gleichzeitig wird dadurch die Temperatures of about 800 - 850 ° C treated with POCI 3 . In the process, phosphorus diffuses into the surface of the wafer. At the same time this is the
Leitfähigkeit auf etwa 50 Ohm/sq (Ω/sq) eingestellt. Anschließend wird eine Polymerpaste in einem speziellen Sieblayout, d. h. einem Linienmuster, aufgedruckt. Nach dem Trocknen ist das in der ausgehärteten Paste enthaltene Polymer gegen einen Angriff durch eine Säuremischung, bestehend aus HF und HNO3 beständig und wirkt als Ätzresist. Der bedruckte und getrocknete Wafer wird in eine entsprechende HF/HNO3- Säuremischung getaucht und die nicht bedruckten Waferflächen werden abgeätzt. Für den Ätzschritt werden die Ätzbadkonzentration und die Verweildauer darin auf die gewünschte Ätztiefe bzw. auf den gewünschten Schichtwiderstand eingestellt. Die Ätzung wird beendet, wenn ein Schichtwiderstand von 100 Ohm/sq erreicht ist. Conductivity set to about 50 ohms / sq (Ω / sq). Subsequently, a polymer paste is printed in a special screen layout, ie a line pattern. After drying, the polymer contained in the cured paste is resistant to attack by an acid mixture consisting of HF and HNO 3 and acts as an etch resist. The printed and dried wafer is dipped in a corresponding HF / HNO3 acid mixture and the non-printed wafer surfaces are etched off. For the etching step, the etching bath concentration and the residence time therein are adjusted to the desired etching depth or to the desired sheet resistance. The etch stops when a sheet resistance of 100 ohms / sq is reached.
Im nächsten Prozessschritt wird in diesem Verfahren das Polymer (Ätzresist) mit Hilfe einer alkalischen Lösung wieder entfernt. Anschließend ist es möglich, das durch eine Polymerschicht (Resist) verdeckte PSG-Glas In the next process step, the polymer (etching resist) is removed again with the aid of an alkaline solution in this process. Subsequently, it is possible to cover the PSG glass covered by a polymer layer (resist)
(Phosphorsilicatglas) mit Hilfe von Flußsäure zu entfernen. Der Wafer wird gespült, getrocknet und gelangt zur Abscheidung der ARC Schicht (Phosphorosilicate glass) with the help of hydrofluoric acid to remove. The wafer is rinsed, dried and deposited to deposit the ARC layer
(Antireflektionsschicht). Diese Maskierung mit einer Antireflexionsschicht (ARC Deposition ) erfolgt mittels„plasma enhanced chemical vapor (Anti-reflection layer). This masking with an antireflection layer (ARC deposition) takes place by means of "plasma enhanced chemical vapor
deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx). Eine Silberpaste wird zur Vorderseitenkontaktierung und eine Aluminiumpaste als Rückseiten Back Surface Field verdruckt und im Bandofen gefeuert (ausgeheizt). Deposition (PECVD) of silicon nitride (SiN x ) A silver paste is printed for front side contacting and an aluminum paste as a backside back surface field and fired in the belt furnace (baked out).
Im letzten Verfahrensschritt erfolgt die Kantenisolierung auf der Vorderseite mittels Laser. In the last step, the edge insulation on the front side is done by laser.
Nachteil dieses Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern sind die vielen Prozessschritte, die zeit- und kostenintensiv sind. Aufgabenstellung Disadvantages of this process for the production of solar cells with selective emitters are the many process steps, which are time-consuming and expensive. task
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein einfach durchführbares Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern und hoher Effektivität zur Verfügung zu stellen, durch welches Zeit und Kosten sowie Verfahrensschritte eingespart werden können. Aufgabe der vorliegendenIt is therefore an object of the present invention to provide an easily feasible process for the production of solar cells with selective emitters and high efficiency, by means of which time and costs as well as process steps can be saved. Task of the present
Erfindung ist es auch, ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen, durch das Solarzellen mit erhöhter Lebensdauer der durch die Dotierung erzeugten Ladungsträger in den relativ dünnen Wafern erhalten werden. Gegenstand der Erfindung It is also an object of the present invention to provide a corresponding method by which solar cells with an increased lifetime of the charge carriers generated by the doping in the relatively thin wafers are obtained. Subject of the invention
Versuche mit verschiedenen Ätzpastenzusammensetzungen haben Experiments with different Ätzpastenzusammensetzungen have
überraschenderweise gezeigt, dass diese Aufgabe durch die Verwendung von neuen phosphorsäurehaltigen Ätzpastenzusammensetzungen und eine Veränderung des Verfahrens gelöst werden kann. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Surprisingly, it has been shown that this object can be achieved by the use of new phosphoric acid-containing etching paste compositions and a modification of the method. The present invention thus provides a process for
Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern mit einstufiger Diffusion, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht mit einer Ätzpaste geätzt werden. Fabrication of solar cells with single-stage diffusion selective emitters, characterized in that a phosphorus-silicate-glass layer (PSG or PSG layer) and an underlying silicon layer are etched with an etching paste.
Insbesondere unterscheidet sich dieses erfindungsgemäße Verfahren von bisher bekannten Verfahren dadurch, dass die Bildung des selektiven Emitters unter Verwendung einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste erfolgt, die eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht in einem Verfahrensschritt ätzt. In particular, this inventive method differs from previously known methods in that the formation of the selective emitter is carried out using a phosphoric acid-containing etching paste comprising a phosphorus silicate glass (PSG or PSG) layer and an underlying silicon layer etched in one process step.
Als besonders vorteilhaft hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erwiesen, dass durch die Ätzung der Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und einer darunter liegenden Silizium-Schicht eine It has proved to be particularly advantageous in the method according to the invention that the etching of the phosphosilicate glass layer (PSG or PSG layer) and an underlying silicon layer a
Siliziumoberfläche mit erhöhter Mikro-Rauhigkeit gegenüber der eigentlichen Textur erhalten wird, weil hierdurch die durch das Verfahren hergestellte Solarzelle eine erhöhte Effektivität aufweist. Silicon surface is obtained with increased micro-roughness compared to the actual texture, because thereby the solar cell produced by the method has an increased efficiency.
Vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgestaltet werden, dass nach erfolgter Texturierung der Oberfläche des Siliziumwafers mit pyramidaler oder amorpher Struktur, die Oberfläche mit einer Advantageously, the method according to the invention can be configured such that, after texturing of the surface of the silicon wafer having a pyramidal or amorphous structure, the surface has a surface
Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste behandelt wird, wodurch eine erhöhte Mikro-Rauhigkeit der eigentlichen Textur erzielt wird. Treated with phosphoric acid-containing etching paste, whereby an increased micro-roughness of the actual texture is achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform (Abbildung. 4) umfasst das In a preferred embodiment (Figure 4) this includes
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter die Verfahrensschritte: Process according to the invention for producing single-stage emitter solar cells
I. Texturierung der Oberfläche  I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~40Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 40Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Lokales Ätzen der PSG- und Silizium-Schicht, wodurch eine Leitfähigkeit Im bereich von -90 - 100 Ω/sq erzielt wird (PSG = Phosphor-Silicat- Glas) und Reinigung des Wafers.  III. Local etching of the PSG and silicon layers, resulting in a conductivity in the range of -90 - 100 Ω / sq (PSG = phosphorus silicate glass) and cleaning of the wafer.
IV. PSG Ätzung V. Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition) mitteis„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)IV. PSG etching V. Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
VI. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der VI. Screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  Back side with subsequent sintering (cofiring).
VII. Kantenisolierung  VII. Edge insulation
Es ist aber auch möglich, das Verfahren durchzuführen, indem But it is also possible to carry out the process by
Verfahrensschritte in geänderter Reihenfolge durchgeführt werden. Es wird dadurch ein vergleichbares Ergebnis erhalten. Nach Änderung der Procedural steps are performed in a different order. It will receive a comparable result. After changing the
Reihenfolge, wie in Abbildung 5 wiedergegeben, umfasst das geänderte, erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter die folgenden Verfahrensschritte: Sequence, as shown in FIG. 5, the modified process according to the invention for the production of single-stage emitter solar cells comprises the following process steps:
I. Texturierung der Oberfläche I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~40Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 40Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. PSG Ätzung  III. PSG etching
IV. Lokales Ätzen der Silizium-Schicht und Reinigung des Wafers, wodurch eine Leitfähigkeit Im Bereich von ~90 - 100 Ω/sq erzielt wird.  IV. Local etching of the silicon layer and cleaning of the wafer, resulting in a conductivity in the range of ~ 90 - 100 Ω / sq.
V. Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)V. Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
VI. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der VI. Screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  Back side with subsequent sintering (cofiring).
VII. Kantenisolierung  VII. Edge insulation
Die Reinigung des Wafers erfolgt direkt nach dem Ätzen. In beiden The wafer is cleaned immediately after etching. In both
Ausführungsformen kann die Reinigung des Wafers mit VE Wasser und/oderEmbodiments may include cleaning the wafer with deionized water and / or water
0.05% KOH Lösung erfolgen. 0.05% KOH solution.
Wird gleichzeitig eine Rückseitenkantenisolation durchgeführt, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter die folgenden Verfahrensschritte (siehe Abbildung 6): If backside edge isolation is performed at the same time, the process according to the invention for producing single-stage emitter solar cells comprises the following process steps (see FIG. 6):
1. Texturierung der Oberfläche  1. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~40Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 40Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Rückseitenkantenisolation mit SolarEtch SiD Paste , oder ganzflächiges Rückseitenätzen mit HNO3/HF Lösung. IV. Lokales Ätzen der PSG- und Silizium-Schicht, wodurch eine Leitfähigkeit Im Bereich von -90 - 100 Ω/sq erzielt wird (PSG = Phosphor-Silicat- Glas) III. Backside edge insulation with SolarEtch SiD paste, or full-surface backside etching with HNO3 / HF solution. IV. Local etching of the PSG and silicon layers, resulting in a conductivity in the range of -90 - 100 Ω / sq (PSG = phosphorus-silicate glass)
V. Reinigung des Wafers mit VE Wasser und/oder 0,05% KOH Lösung V. Cleaning the wafer with deionized water and / or 0.05% KOH solution
VI. PSG Ätzung VI. PSG etching
VII. Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)VII. Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
VIII. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der VIII. Screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring)  Back side with subsequent sintering (cofiring)
Auch in diesem Fall ist es möglich die verschiedenen Verfahrensschritte in geänderter Reihenfolge auszuführen. Nach Änderung der Reihenfolge (siehe Abbildung 7) und Rückseitenkantenisolation umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter die Also in this case it is possible to carry out the different process steps in a different order. After changing the order (see Figure 7) and backside edge isolation, the process of the invention for producing single-stage emitter solar cells comprises
Verfahrensschritte in folgender Reiehnfolge: Process steps in the following sequence:
I. Texturierung der Oberfläche  I. Texturing of the surface
II. Phosphordotierung (~40Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 40Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Rückseitenkantenisolation mit SolarEtch SiD Paste , oder ganzflächiges Rückseitenätzen mit HNO3/HF Lösung.  III. Backside edge insulation with SolarEtch SiD paste, or full-surface backside etching with HNO3 / HF solution.
IV. PSG Ätzung  IV. PSG etching
V. Lokales Ätzen der Silizium-Schicht, wodurch eine Leitfähigkeit Im  V. Local etching of the silicon layer, resulting in a conductivity Im
bereich von -90 - 00 Ω/sq erzielt wird.  range of -90 - 00 Ω / sq.
VI. Reinigung des Wafers mit VE Wasser und/oder 0,05% KOH Lösung VI. Cleaning the wafer with deionized water and / or 0.05% KOH solution
VII. Maskierung mit Antireflexionsschicht (ARC Deposition) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)VII. Masking with Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
VIII. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der VIII. Screen printing for metallization of the surface (front) and the
Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring).  Back side with subsequent sintering (cofiring).
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe trägt insbesondere die To achieve the object of the invention carries in particular the
Verwendung einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste bei, welche in dem beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emittern eingesetzt werden kann. Use of a phosphoric acid-containing etching paste, which can be used in the described method for the production of solar cells with selective emitters.
Hierzu sind besonders Phosphorsäure-haltige Ätzpasten geeignet, die For this purpose, especially phosphoric acid-containing etching pastes are suitable
Phosphorsäure in einer Menge von 25 bis 80 Gew.-% enthalten. Neben der Phosphorsäure enthalten diese erfindungsgemäßen Pasten ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in einer Menge von 20 bis 40 Gew.- %. Besonders geeignete Lösungsmittel sind in diesem Fall Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe Glycerin, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Dimethylsulfoxid und gamma-Butyrolacton, die rein oder im Gemisch eingesetzt werden können. Containing phosphoric acid in an amount of 25 to 80 wt .-%. In addition to the phosphoric acid, these novel pastes contain a solvent or solvent mixture in an amount of 20 to 40% by weight. Particularly suitable solvents in this case are solvents selected from the group of glycerol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone, which can be used neat or in a mixture.
Bevorzugt enthalten diese Zusammensetzungen mindestens einen Preferably, these compositions contain at least one
nichtpartikulären Verdicker. Insbesondere sind in diesen Pasten non-particulate thickener. In particular, in these pastes
nichtpartikuläre Verdicker, ausgewählt aus der Gruppe Polyvinylpyrrolidon und Hydroxypropylcellulose, geeignet, die rein oder im Gemisch enthalten sein können. Besonders gute Eigenschaften weisen entsprechende Pasten auf, die einen partikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Ruß, non-particulate thickeners selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone and hydroxypropylcellulose, which may be contained in pure or in admixture. Particularly good properties are exhibited by pastes containing a particulate thickener selected from the group consisting of carbon black,
niedrigschmelzender Wachspartikel, rein oder im Gemisch enthalten. low-melting wax particles, pure or mixed.
Für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich ganz For use in the process according to the invention are quite suitable
besonders gut Pasten , die sowohl nichtpartikuläre als auch partikuläre especially good pastes that are both non-particulate and particulate
Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind entsprechende Verdicker in den Pasten in einer Menge von 20 - 35 Gew.-% enthalten. Thickener included. Preferably, corresponding thickeners are contained in the pastes in an amount of 20-35 wt .-%.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Durch Versuche wurde überraschenderweise gefunden, dass durch By experiments it was surprisingly found that by
Verwendung einer neuen phosphorsäurehaltigen Ätzpastenrezeptur sehr gute Ätzergebnisse bei der Ätzung von Phosphor-Silicat-Glas (PSG oder Using a new phosphoric acid-containing Ätzpasterezeptur very good etch results in the etching of phosphorus-silicate glass (PSG or
Phosphorglas) erzielt werden können. Vorteilhafterweise kann dabei gleichzeitig eine darunterliegende Siliziumschicht geätzt werden. Durch Ätzversuche mit den neuen Ätzpastenformulierungen wurde gefunden, dass letztere eine gute Selektivität gegenüber Siliziumschichten aufweisen, so dass eine gleichmäßige und vollständige Ätzung durchgeführt werden kann. Phosphor glass) can be achieved. Advantageously, at the same time an underlying silicon layer can be etched. It has been found by etching experiments with the new etching paste formulations that the latter have a good selectivity with respect to silicon layers, so that a uniform and complete etching can be carried out.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Integration der neuen It has been shown that by integrating the new
Ätzpastenzusammensetzungen der Herstellungsprozess von Solarzellen mit selektivem Emitter erfolgreich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden kann. Die gleichzeitige Ätzung der PSG- und der darunterliegenden Silizium-Schicht, insbesondere aber auch die vollständige Ätzung der Siliziumschicht, hat zur Folge, dass durch das verbesserte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung Solarzellen mit selektiven Emittern und einstufiger Dotierung hergestellt werden können, welche einen höheren Wirkungsgrad aufweisen. Etching paste compositions, the production process of solar cells with selective emitter can be successfully simplified and made less expensive. The simultaneous etching of the PSG and the underlying silicon layer, but in particular the complete etching of the Silicon layer, has the consequence that can be produced by the improved method according to the present invention, solar cells with selective emitters and single-stage doping, which have a higher efficiency.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Wafer nach der sauren Texturierung mit HF und HNO3 oder alkalischer Texturierung mit KOH und Isopropanol an der Oberfläche ganzflächig stark dotiert. Hierfür wird unter Einsatz von POCI3 bei Temperaturen von etwa 800-850°C während einer Verweilzeit von etwa 30 bis 90 Minuten mit Phosphor dotiert. Durch die Dotierung wird die Leitfähigkeit der Zellenvorderseite auf etwa 35 - 50 In the process according to the invention, after the acidic texturing with HF and HNO 3 or alkaline texturing with KOH and isopropanol, the wafer is heavily doped over its entire surface area. For this purpose, doping with POCl 3 at temperatures of about 800-850 ° C during a residence time of about 30 to 90 minutes with phosphorus. Due to the doping, the conductivity of the cell front side becomes about 35-50
Ohm/sq eingestellt. Anschließend wird die neue Ätzpaste mit einem speziellen Sieblayout, vorzugsweise mit einem breiten Linienmuster (1,7mm Linienbreite und 200pm Linienabstand), auf die Vorderseite gedruckt und der bedruckte Wafer erhitzt. Die Waferoberfläche wird auf eine Temperatur von 300°C bis 380°C erhitzt. Die Heizdauer liegt im Bereich von 1 min bis 3 min. Das Ohm / sq set. Subsequently, the new etching paste is printed on the front side with a special screen layout, preferably with a broad line pattern (1.7 mm line width and 200 pm line spacing), and the printed wafer is heated. The wafer surface is heated to a temperature of 300 ° C to 380 ° C. The heating time is in the range of 1 min to 3 min. The
Erhitzen wird vorzugsweise in einem Bandofen durchgeführt. Während des Heizschrittes wird sowohl die PSG- als auch die Siliziumschicht geätzt. Die Ätzung ist abgeschlossen, wenn ein Schichtwiderstand von im Bereich von 90 bis 100 Ohm/sq erreicht worden ist. Nach einer einfachen Reinigung mit VE Wasser und/oder mit einer basischen KOH-Lösung (0,05% bis 1 %) wird im nächsten Prozessschritt das PSG-Glas (Phosphorglas) mit Hilfe von Heating is preferably carried out in a belt oven. During the heating step, both the PSG and silicon layers are etched. The etch is complete when a sheet resistance of in the range of 90 to 100 ohms / sq has been achieved. After a simple cleaning with demineralized water and / or with a basic KOH solution (0.05% to 1%), in the next process step the PSG glass (phosphorous glass) is cleaned with the aid of
Flußsäure entfernt. Der Wafer wird erneut mit VE Wasser gespült, getrocknet und gelangt zur Abscheidung der ARC-Schicht (Antireflektionsschicht). Hierfür wird bevorzugt PE-CVD Siliciumnitrid (PECVD = plasma enhanced chemical vapor deposition) abgeschieden. Auf der Vorderseite wird mit einer Hydrofluoric acid removed. The wafer is rinsed again with demineralized water, dried and arrives at the deposition of the ARC layer (antireflection layer). For this purpose, preferably PE-CVD silicon nitride (PECVD = plasma enhanced chemical vapor deposition) is deposited. On the front is with a
Silberpaste zur Vorderseitenkontaktierung und auf der Rückseite mit einer Aluminiumpaste zur Rückseitenkontaktierung bedruckt und die so Silver paste for the front side contact and printed on the back with an aluminum paste for back contact and the like
behandelten Wafer im Bandofen erhitzt (ausgeheizt). Die Kantenisolation erfolgt mittels Laser. treated wafer in the belt furnace heated (baked). The edge isolation is done by laser.
Dementsprechend umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter und einstufiger Dotierung unter Accordingly, the inventive method for the production of solar cells with selective emitter and single-stage doping comprises
Verwendung der erfindungsgemäßen Ätzpastenzusammensetzung folgende Verfahrensschritte, die in Abbildung 4 wiedergegeben sind: 1. Texturierung der Oberfläche mit pyramidalen Strukturen Using the etching paste composition of the invention, the following process steps, which are shown in Figure 4: 1. Texturing of the surface with pyramidal structures
2. Phosphordotierung (~40Ü/sq Diffusion von POCI3) 2. Phosphorus doping (~ 40Ü / sq diffusion of POCI 3 )
3. Lokales Ätzen der PSG- und Silizium-Schicht mit einer erfindungsgemäßer Ätzpaste, um eine Leitfähigkeit von ~100O/sq zu erzielen (PSG =  3. Local etching of the PSG and silicon layer with an etching paste according to the invention to achieve a conductivity of ~ 100O / sq (PSG =
Phosphor Silicate Glass)  Phosphorus Silicate Glass)
4. PSG Ätzung  4. PSG etching
5. Abscheidung der Antireflexionsschicht (ARC Deposition ) mittels„plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx)5. Deposition of the Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
6. Siebdruck zur Metallisierung Oberfläche (Frontseite) und Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring) 6. Screen printing for metallization Surface (front side) and rear side with subsequent sintering (cofiring)
7. Kantenisolierung  7. Edge insulation
Im Vergleich zu dem bekannten Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nur sieben Verfahrensschritte. Somit ist es möglich, durch das geänderte Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Ätzpastenzusammensetzungen sowohl Zeit als auch Chemikalien einzusparen, die für die beiden entfallenen Schritte erforderlich gewesen wären. Dadurch gestaltet sich gleichzeitig auch das gesamte Herstellungsverfahren kostengünstiger. In comparison to the known method for the production of solar cells with selective emitter, the method according to the invention comprises only seven process steps. Thus, it is possible by the modified process using the etch paste compositions of the invention to save both time and chemicals that would have been required for the two steps omitted. As a result, at the same time, the entire production process is cheaper.
Zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emitter zeigt das For the production of solar cells with selective emitter shows the
erfindungsgemäße Verfahren und die dadurch hergestellten Solarzellen folgende Vorteile auf gegenüber den bekannten Verfahren A, B und C: 1. Weniger Verfahrensschritte zur Herstellung von Solarzellen mit selektiven Emitter (beispielsweise nur sieben Verfahrensschritte anstatt der üblichen neun Verfahrensschritte); Process according to the invention and the solar cells produced thereby have the following advantages over known processes A, B and C: 1. Fewer process steps for the production of solar cells with selective emitters (for example only seven process steps instead of the usual nine process steps);
2. Geringere Kosten zur Durchführung des gesamten Verfahrens;  2. Lower costs to carry out the whole procedure;
3. Umweltfreundlicheres Verfahren, weil ein Ätzschritt mit einer  3. Environmentally friendly method, because an etching step with a
Säuremischung, bestehend aus einer HF/HNO3-Mischung, entfällt und dadurch die Bildung von Nitrosen Gasen vermieden wird; Acid mixture, consisting of a HF / HNO 3 mixture, is eliminated and thereby the formation of nitrosenic gases is avoided;
4. Die erhaltenen Solarzellen weisen eine höhere Effizienz, bzw. höhere  4. The resulting solar cells have a higher efficiency, or higher
Zellenwirkungsgrade auf als Standardsolarzellen. Neben diesen Verfahrensvorteilen und dem höheren Wirkungsgrad der hergestellten Solarzellen wurde überraschend festgestellt, dass nach der Ätzung mit der erfindungsgemäßen neuen, phosphorsäurehaltigen Ätzpaste die Siliziumoberfläche eine erhöhte Rauhigkeit aufweist. Durch diese erhöhte Rauhigkeit wird die Antireflexwirkung der bereits texturierten Oberfläche nochmals erhöht. Dieses beeinflusst wiederum die Effizienz der hergestellten Solarzelle positiv. Cell efficiencies on as standard solar cells. In addition to these process advantages and the higher efficiency of the solar cells produced was surprisingly found that after Etching with the new, phosphoric acid etching paste according to the invention, the silicon surface has an increased roughness. This increased roughness increases the antireflection effect of the already textured surface. This in turn positively influences the efficiency of the produced solar cell.
Auf mikroskopischen Aufnahmen mit 1000-facher Vergrößerung ist diese erhöhte Rauhigkeit sehr gut sichtbar. On microscopic images with a magnification of 1000 times, this increased roughness is very clearly visible.
In Abbildung 8 ist ein Teil der Oberfläche eines Wafers entsprechend behandelt, während der andere Teil unbehandelt ist, d. h. der Bereich rechts des Balkens ist unbehandelt und der Bereich auf der linken Seite des Balkens ist mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste zusätzlich geätzt worden. Es ist deutlich sichtbar, dass der Bereich 1 (linke Seite) eine deutlich höhere  In Figure 8, part of the surface of one wafer is treated accordingly while the other part is untreated, i. H. the area to the right of the bar is untreated and the area on the left side of the bar has additionally been etched with the etching paste according to the invention. It is clearly visible that the area 1 (left side) a much higher
Oberflächenrauhigkeit der Körnung gegenüber dem ungeätzten Bereich 2 (rechte Seite) zeigt. Diese deutlich sichtbare Micro-Rauhigkeit auf der eigentlichen Textur reduziert die Sonnenlichtreflexion und führt so gleichzeitig zu einer Effizienzsteigerung der Solarzelle. Surface roughness of the grain over the unetched region 2 (right side) shows. This clearly visible micro-roughness on the actual texture reduces the sunlight reflection and leads at the same time to an increase in efficiency of the solar cell.
Durch eine entsprechende Analyse lässt sich zeigen, dass sowohl der mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste geätzte als auch der nicht geätzte Bereich der Siliziumoberfläche aus reinem Silizium besteht und nach der Reinigung keine Verunreinigungen aufweist durch eindiffundierten Phosphor oder infolge der Verwendung einer Ätzpaste. Dieser Nachweis ist mittels EDX-Analyse ohne großen Aufwand möglich. Wie in den Abbildungen 9 und 10 zu sehen ist, zeigen die EDX-Analysen sowohl der geätzten als auch der ungeätztenBy means of a corresponding analysis, it can be shown that both the etching surface etched with the etching paste according to the invention and the non-etched region of the silicon surface consists of pure silicon and after cleaning has no impurities by diffused phosphorus or due to the use of an etching paste. This proof is possible by EDX analysis without much effort. As shown in Figures 9 and 10, the EDX analyzes show both the etched and the unetched ones
Oberfläche, dass beide Flächen aus vergleichbar reinem Silizium bestehen. Bei der EDX-Analyse handelt es sich um eine energiedispersive Surface that both surfaces are made of similar pure silicon. The EDX analysis is an energy-dispersive one
Röntgenanalyse, die eine schnelle und punktgenaue Elementbestimmung in der Werkstoffanalyse erlaubt. X-ray analysis, which allows fast and precise element determination in material analysis.
Monokristalline bzw. multikristalline Solarzellen werden typischerweise aus massiven gezogenen Siliziumstäben, respektive aus gegossenen Monocrystalline or multicrystalline solar cells are typically made of solid drawn silicon rods, respectively of cast ones
Siliziumblöcken, mit Hilfe von Drahtsägen herausgeschnitten (Dietl J., Helmreich D., Sirtl E., Crystals : Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981 , S. 57 und 73). Eine Ausnahme davon bildet das nach dem EFG-Verfahren (Edge-defined Film-fed Growth) gezogene Silizium (Wald, F. V. ; Crystals : Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981 , S 157). Silicon blocks, cut out with the aid of wire saws (Dietl J., Helmreich D., Sirtl E., Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, pp. 57 and 73). An exception to this is the silicon grown by the EFG (Edge-defined Film-fed Growth) process (Wald, FV; Crystals: Growth, Properties and Applications, Vol. 5 Springer Verlag 1981, p 157).
Zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter nach dem For the production of solar cells with single stage emitter after the
erfindungsgemäßen Verfahren können entsprechend hergestellte Processes according to the invention can be prepared accordingly
monokristalline bzw. polykristalline Siliziumwafer eingesetzt werden, die wiederum mit Bor dotiert sein können [p-type Silizium, 5" size (125 x 125 mm, D 150 mm), Dicke: 200 - 260 pm, Widerstand: 1 ,0 - 1 ,5 Q.cm]. Wie oben schon angedeutet, werden die Wafer üblicherweise aus mono- oder polykristallinen Siliziumstäben gesägt. Die so erhaltenen gesägten mono- bzw. multikristallinen Siliziumwafer haben eine rauhe Oberfläche, auch als Sägeschaden bezeichnet, mit Rauhtiefen von ca. 20-30 pm. Für die weitere Verarbeitung der Wafer zu Solarzellen, insbesondere aber zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades, ist eine sogenannte Sägeschadenätzung (engl. Damage Etch) notwendig. Bei dieser Sägeschadenätzung werden, neben der eigentlich beabsichtigten Entfernung des Sägeschadens (eine sehr stark geschädigte Oberflächen reg ion des Wafers mit mehreren pm Tiefe) die in den Gräben der Oberfläche befindlichen Kontaminationen entfernt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Metallabrieb vom Sägedraht, aber auch Schleifmittelspuren. Solch eine Ätzung wird typischerweise in ca. 30 %-iger Kali- oder Natronlauge bei Temperaturen von etwa 70 °C vorzugsweise höher, insbesondere bei 90 °C durchgeführt. Bedingt durch die unter diesen monocrystalline or polycrystalline silicon wafers, which may in turn be doped with boron [p-type silicon, 5 "size (125 × 125 mm, D 150 mm), thickness: 200-260 μm, resistance: 1, 0-1, As already indicated above, the wafers are usually sawn from monocrystalline or polycrystalline silicon rods, The sawn monocrystalline or multicrystalline silicon wafers thus obtained have a rough surface, also referred to as sawing damage, with roughness depths of approximately 20 μm. 30 pm For the further processing of the wafers into solar cells, but in particular to achieve the highest possible efficiency, a so-called damage etch is necessary Surface reg ion of the wafers with several pm depth) removes the contaminants in the trenches of the surface, which are in particular: Metal abrasion from the saw wire, but also traces of abrasives. Such an etching is typically carried out in about 30% strength potassium or sodium hydroxide solution at temperatures of about 70 ° C., preferably at 90 ° C. Caused by the under these
Bedingungen relativ niedrigen Ätzraten von ca. 2 pm/min können Ätzzeiten von 10 Minuten und gegebenenfalls länger notwendig sein, um den At relatively low etching rates of about 2 pm / min, etching times of 10 minutes and possibly longer may be necessary to complete the
gewünschten Effekt zu erreichen. Üblicherweise wird auf diese Weise beidseitig des Wafers eine Si-Schicht von etwa 7 pm Dicke entfernt. to achieve the desired effect. Usually, an Si layer of about 7 μm thickness is removed in this way on both sides of the wafer.
Durch diese Ätzung wird eine rauhe Oberfläche auf dem Substrat erzeugt. Die dabei an der Oberfläche erzielten Öffnungswinkel sind jedoch sehr flach und für eine Reflexionsminderung oder gar zur Minderung von This etching creates a rough surface on the substrate. The case achieved at the surface opening angle, however, are very flat and for a reflection reduction or even to reduce
Mehrfachreflexionen an der Oberfläche völlig ungeeignet. Solche Reflexions- Effekte sind aber zur Erzielung hoher Wirkungsgrade der Zelle erwünscht. Eine Vielzahl von Veröffentlichungen und Patenten beschäftigt sich daher mit der Reflexionsminderung an Solarzellen jeglichen Typs z. B. auch für amorphe Solarzellen (z. B. in US 4,252,865 A). Abbildungsliste mit Erklärungen: Multiple reflections on the surface completely unsuitable. However, such reflection effects are desirable for achieving high efficiencies of the cell. A large number of publications and patents is therefore concerned with the reduction of reflection on solar cells of any type z. B. also for amorphous solar cells (eg in US 4,252,865 A). List of pictures with explanations:
Abb. 1 : Verfahrensvariante A eines Standardverfahrens zur Herstellung von Fig. 1: Process variant A of a standard process for the preparation of
Solarzellen mit selektivem Emitter mit zweistufiger Dotierung  Solar cells with selective emitter with two-stage doping
Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit  1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3) KOH / isopropanol or HF / HNO 3 )
2. PSG-Ätzen, bzw. Phosphordotierung (PSG = Phosphor-Silikat-Glas),  2. PSG etching or phosphorus doping (PSG = phosphorus-silicate glass),
100D/sq Diffusion (POCI3) 100D / sq diffusion (POCI 3 )
3. Abscheidung der Antireflexionsschicht durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) von Siliziumnitrid (PECVD SiNx) 3. Deposition of the Antireflection Layer by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) of Silicon Nitride (PECVD SiN x )
4. Öffnen der Maskierung mit Ätzpaste oder Laser  4. Open the mask with etching paste or laser
5. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 5. PSG Etching, 40Q / sq Diffusion (POCI 3 )
6. Siebdrucken zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließenden Sintern (cofiring) 6. Screen printing for metallization of the surface on front and back side with subsequent sintering (cofiring)
7. Kantenisolierung 7. Edge insulation
Abb. 2: Verfahrensvariante B eines Standardverfahrens zur Herstellung von Fig. 2: Process variant B of a standard process for the preparation of
Solarzellen mit selektivem Emitter mit zweistufiger Dotierung  Solar cells with selective emitter with two-stage doping
Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit 1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3)  KOH / isopropanol or HF / HNO3)
2. Maskierung (thermische Abscheidung von S1O2) 2. Masking (thermal deposition of S1O2)
3. Öffnen der Maskierung mit Ätzpaste oder Laser  3. Open the mask with etching paste or laser
4. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 4. PSG Etching, 40Q / sq Diffusion (POCI 3 )
5. PSG-Ätzen, 100Q/sq Diffusion (POCI3) 5. PSG Etching, 100Q / sq Diffusion (POCI 3 )
6. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective  6. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for the deposition of silicon nitride (SiN x )
7. Siebdrucken zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließenden Sintern (cofiring)  7. Screen printing for metallization of the surface on front and back side with subsequent sintering (cofiring)
8. Kantenisolierung  8. Edge insulation
Abb. 3: Verfahrensvariante C eines neueren Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter mit einstufiger Dotierung, umfassend neun Verfahrensschritte Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: Fig. 3: Process variant C of a recent process for the production of solar cells with selective emitter with single-stage doping, comprising nine process steps The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit  1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3) KOH / isopropanol or HF / HNO 3 )
2. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 2. PSG etching, 40Q / sq diffusion (POCI 3 )
3. Lokales Ink-jet-Drucken einer Ätzmaske  3. Local ink jet printing of an etching mask
4. Lokales Ätzen der PSG-Schicht (Phosphor-Silikat-Glas-Schicht) und 4. Local etching of the PSG layer (phosphorus silicate glass layer) and
der Siliziumschicht mit HF/HNO3-Lösung, um einen Leitfähigkeit von 100 Ω/sq zu erhalten. of the silicon layer with HF / HNO 3 solution to obtain a conductivity of 100 Ω / sq.
5. Ablösen der Ätzmaske  5. Peeling off the etching mask
6. PSG-Ätzen  6. PSG etching
7. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective 7. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for the deposition of silicon nitride (SiN x )
8. Siebdrucken auf Front- und Rückseite zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließendem Sintern  8. Screen printing on front and back for metallization of the surface on the front and back with subsequent sintering
9. Kantenisolierung  9. Edge insulation
Abb. 4: Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig. 4: Presentation of the method according to the invention
Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit  1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3)  KOH / isopropanol or HF / HNO3)
2. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 2. PSG etching, 40Q / sq diffusion (POCI 3 )
3. Aufdrucken von Solar Etch®, lokales Ätzen der PSG-Schicht (Phosphor- Silikat-Glas-Schicht) und Silizium-Schicht, um einen Widerstand von 3. imprinting Solar Etch ®, local etching of the PSG layer (phosphorus silicate glass) layer and silicon layer to a resistance of
100 Ω/sq zu erhalten.  100 Ω / sq.
4. Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KOH-Lösung  4. Cleaning with DI water and / or 0.05% KOH solution
5. PSG-Ätzen 5. PSG etching
6. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective  6. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for the deposition of silicon nitride (SiN x )
7. Siebdrucken auf Front- und Rückseite zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließendem Sintern  7. Screen printing on front and back for metallization of the surface on the front and back with subsequent sintering
8. Kantenisolierung  8. Edge insulation
Abb. 5: Darstellung des Verfahrens in veränderter Reihenfolge Fig. 5: Representation of the process in a different order
Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit 1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3) 2. PSG-Ätzen, 40ü/sq Diffusion (POCI3) KOH / isopropanol or HF / HNO 3 ) 2. PSG etching, 40μ / sq diffusion (POCI 3 )
3. PSG-Ätzen  3. PSG etching
4. Aufdrucken von Solar Etch®, Si-Ätzen, um einen Widerstand von 4. Printing of Solar Etch ®, Si etching to a resistance of
100 Ω/sq zu erhalten.  100 Ω / sq.
5. Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KoH-Lösung  5. Cleaning with DI water and / or 0.05% KoH solution
6. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective 6. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for the deposition of silicon nitride (SiN x )
7. Siebdrucken auf Front- und Rückseite zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließendem Sintern 7. Screen printing on front and back for metallization of the surface on the front and back with subsequent sintering
8. Kantenisolierung 8. Edge insulation
Abb. 6: Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Fig. 6: Representation of the inventive method with
Rückseitenkantenisolation Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende:  Back Edge Isolation The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit  1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3) KOH / isopropanol or HF / HNO 3 )
2. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 2. PSG etching, 40Q / sq diffusion (POCI 3 )
3. Rückseiten-Kantenisolierung mit SolarEtch SiD oder HNO3/HF 3. Rear edge insulation with SolarEtch SiD or HNO 3 / HF
4. Aufdrucken von Solar Etch®, Lokales PSG- (Phosphor-Silikat-Glas) und Si-Ätzen, um einen Widerstand von 100 Ω/sq zu erhalten. 4. imprinting Solar Etch ®, Local PSG (phosphorus silicate glass), and Si-etching to obtain a resistance of 100 Ω / sq.
5. Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KoH-Lösung  5. Cleaning with DI water and / or 0.05% KoH solution
6. PSG-Ätzen  6. PSG etching
7. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective  7. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition
(PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) (PECVD) for the Deposition of Silicon Nitride (SiN x )
8. Siebdrucken auf Front- und Rückseite zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließendem Sintern Abb. 7: Darstellung des Verfahrens in veränderter Reihenfolge mit  8. Screen printing on the front and back side for metallization of the surface on the front and rear sides followed by sintering. Fig. 7: Illustration of the process in a different order with
Rückseitenkantenisolation  Back edge isolation
Die in dieser Abbildung dargestellten Schritte sind folgende: The steps shown in this illustration are as follows:
1. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die Oberflächentexturierung mit  1. Texturing (in this step, the surface texturing is done with
KOH/Isopropanol oder HF/HNO3) KOH / isopropanol or HF / HNO 3 )
2. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) 3. Rückseiten-Kantenisolierung mit SolarEtch SiD oder HNO3/HF 2. PSG etching, 40Q / sq diffusion (POCI 3 ) 3. Rear edge insulation with SolarEtch SiD or HNO 3 / HF
4. PSG-Ätzen  4. PSG etching
5. Aufdrucken von Solar Etch®, Si-Ätzen, um einen Widerstand von5. Printing of Solar Etch ®, Si etching to a resistance of
00 Ω/sq zu erhalten.  00 Ω / sq.
6. Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KoH-Lösung  6. Purification with DI water and / or 0.05% KoH solution
7. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective  7. Deposition of an antireflection coating (Anti-Reflective
Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) Coating = ARC) by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) for the deposition of silicon nitride (SiN x )
8. Siebdrucken auf Front- und Rückseite/Sintern (co-firing)  8. Screen printing on front and back side / sintering (co-firing)
Abb. 8: Wirkung der erfindungsgemäßen Ätzpasten auf Fig. 8: Effect of the etching pastes according to the invention
Siliziumoberflächen, Mikroskopische Aufnahme mit 1000-facher Vergrößerung welche auf der linken Seite der Markierung die behandelte Siliziumoberfläche zeigt und auf der rechten die unbehandelte Oberfläche  Silicon surfaces, 1000 x magnification micrograph showing the treated silicon surface on the left side of the mark and the untreated surface on the right
EDX Analyse des mit der erfindungsgemäßen Ätzpaste behandelten Bereichs 1 in Abb. 8 EDX analysis of the area 1 treated with the etching paste according to the invention in FIG. 8
Abb. 10: EDX Analyse des unbehandelten Bereichs 1 in Abb. 8 Fig. 10: EDX analysis of the untreated area 1 in Fig. 8
ECV Profil zur Phosphorkonzentration des„flachen" Emitters und des„tiefen" Emitters auf einem polierten Si-Wafer. ECV profile of the phosphor concentration of the "flat" emitter and the "deep" emitter on a polished Si wafer.
Abb. 2: Darstellung des Wirkungsgrads einer erfindungsgemäß hergestellten Solarzelle mit einstufigem Emitter im Vergleich zur Standardsolarzelle durch Strom-Spannungs-Kennlinie Fig. 2: Representation of the efficiency of a solar cell according to the invention with single-stage emitter compared to the standard solar cell by current-voltage characteristic
Messungen: measurements:
lsc = 5.283 A; Isc = 5.165  lsc = 5,283 A; Isc = 5.165
Voc = 625 mV; Voc = 618 618 mV  Voc = 625 mV; Voc = 618 618 mV
FF = 76.2 %; FF = 76.4 %  FF = 76.2%; FF = 76.4%
Eff = 16.94 %; Eff = 16.40 %  Eff = 16.94%; Eff = 16.40%
Abb. 13: Beispiel eines möglichen Drucklayouts (Siebausschnitt) zur Fig. 13: Example of a possible print layout (sieve cut) for
Erzeugung einer selektiven Emitterstruktur auf einem Wafer Als Beispiel wird ein Teilausschnitt für ein Drucksieb gezeigt (Anzahl der Streifen ca. 73, Breite 1,7 mm, Anzahl der Hauptbusbars 2, Breite 2,0 mm) In der weiteren Beschreibung werden zum besseren Verständnis und zurGeneration of a selective emitter structure on a wafer As an example, a partial section for a printing screen is shown (number of strips about 73, width 1.7 mm, number of Hauptbusbars 2, width 2.0 mm) In the further description will be for better understanding and the
Verdeutlichung der Erfindung Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einstufigem Emitter und die darin verwendeten Ätzpasten gegeben, die im Rahmen des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegen. Diese Beispiele dienen auch zur Clarification of the Invention Examples of the process according to the invention for the production of single-stage emitter solar cells and the etching pastes used therein are within the scope of the present invention. These examples are also used for
Veranschaulichung möglicher Verfahrensvarianten bzw. möglicher Illustrating possible process variants or possible
Variationen von geeigneten Pastenzusammensetzungen für den Ätzschritt. Aufgrund der allgemeinen Gültigkeit des beschriebenen Erfindungsprinzips sind die Beispiele jedoch nicht geeignet, den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nur auf diese zu reduzieren.  Variations of suitable paste compositions for the etching step. Due to the general validity of the described principle of the invention, however, the examples are not suitable for reducing the scope of protection of the present application only to these.
Die in den Beispielen und der Beschreibung sowie in den Ansprüchen gegebenen Temperaturen gelten immer in °C. Wo nicht anders bezeichnet sind Gehaltsangaben als Gew.-% bzw. Gewichtsverhältnisse aufgeführt. Weiterhin versteht es sich für den Fachmann von selbst, dass sich sowohl in den gegebenen Beispielen als auch in der übrigen Beschreibung die in den Zusammensetzungen enthaltenen Komponentenmengen in der Summe immer nur zu 100 Gewichts-, mol- oder Volumen-% bezogen auf die The temperatures given in the examples and the description as well as in the claims are always in ° C. Unless indicated otherwise, salary data are listed as weight% or weight ratios. Furthermore, it is self-evident to the person skilled in the art that both in the given examples and in the remainder of the description, the amounts of components contained in the compositions in the sum always only to 100 weight-, mol- or volume% based on the
Gesamtzusammensetzung aufaddieren und nicht darüber hinausgehen können, auch wenn sich aus den angegebenen Prozentbereichen höhere Werte ergeben könnten. Sofern nichts anderes angegeben ist, gelten %- Angaben als Gew.-%, mit Ausnahme von Verhältnissen, die in Aggregate composition and can not exceed it, even if higher values could result from the indicated percentage ranges. Unless otherwise indicated,% is expressed as% by weight, with the exception of ratios given in
Volumenangaben wiedergegeben sind. Herstellung erfindunqsqemäßer Solarzellen: Volumes are given. Production of Inventive Solar Cells:
Üblicherweise wird eine Reflexionsminderung von Solarzellen durch eine Texturierung mit einer alkalischen Lösung, bevorzugt aus einer NaOH-Lösung und Isopropanol, oder mit einer saueren Lösung, bestehend aus einem Usually, a reflection reduction of solar cells by a texturing with an alkaline solution, preferably from a NaOH solution and isopropanol, or with an acidic solution consisting of a
Säuregemisch aus HF und HNO3 erzielt. Nach erfolgter Texturierung erfolgt eine Oberflächenreinigung mit Acid mixture of HF and HNO 3 achieved. After texturing, the surface is cleaned with
säurehaltigen, wässrigen Lösungen, mit heißem demineralisiertem Wasser oder auch Behandlung im Heizofen in der folgenden Reihenfolge: acidic, aqueous solutions, with hot demineralized water or even treatment in the heating furnace in the following order:
HF, HCl, HF, heißes demineralisiertes Wasser, HF, Behandlung im Heizofen HF, HCl, HF, hot demineralised water, HF, treatment in the stove
Nach der Reinigung der Waferoberfläche wird in einem Diffusionsschritt der einstufige Emitter (deep emitter) gebildet. Es handelt sich dabei um eine Batch-Verfahren, worin innerhalb von etwa einer Stunde, vorzugsweise innerhalb von etwa 70 Minuten bei einer Temperatur von höher 800 °C, maximal bei 895 °C, die Oberfläche des Wafers mit Phosphor dotiert wird. Zur Dotierung wird flüssiges POCI3 eingesetzt. Nach etwa 70 Minuten ist die gewünschte Leitfähigkeit von etwa 40 Ohm/sq erreicht. After cleaning the wafer surface, the single-stage emitter (deep emitter) is formed in a diffusion step. It is a batch process wherein within about one hour, preferably within about 70 minutes at a temperature higher than 800 ° C, at most at 895 ° C, the surface of the wafer is doped with phosphorus. For doping, liquid POCl 3 is used. After about 70 minutes, the desired conductivity of about 40 ohms / sq is reached.
Sogenannte„shallow emitter" werden in den Siliciumwafern durch Ätzung mit geeigneten Ätzpasten erzeugt, wobei die Ätzpaste im Siebdruck aufgetragen wird. Beispielsweise kann hierzu eine Phosphorsäure-haltige Ätzpaste, wie z. B. isishape SolarEtch BES eingesetzt werden, oder alternative kann für den Ätzschritt eine KOH-haltige Ätzpaste, wie isishape SolarEtch SiS (enthält KOH), eingesetzt werden. So-called "shallow emitters" are produced in the silicon wafers by etching with suitable etching pastes, wherein the etching paste is applied by screen printing, for example a phosphoric acid-containing etching paste, such as, for example, isishape SolarEtch BES, or alternatively can be used for the etching step a KOH-containing etching paste, such as isishape SolarEtch SiS (contains KOH), can be used.
Der Auftrag der Paste kann mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird, erfolgen. Zum Verdrucken der Ätzpasten kann beispielsweise ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 280 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 25 μιτι eingesetzt werden. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 22,4°. Als Siebemulsion wird der Typ Azokol Z130 von Kissel & Wolf verwendet. Die Paste kann sehr gut mit einem Diamant-Rakel und 80 shore Rakelhärte verdruckt werden. The application of the paste can be carried out with a screen printing machine which is called "Baccini printer" (with four cameras) For example, a screen from Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25 can be used to print the etching pastes Preferably, the screen angle of the screen is 22.4 ° C. The sieve emulsion used is the type Azokol Z130 from Kissel & Wolf, which can be very well printed with a diamond squeegee and 80 shore squeegee hardness.
Für das Pastendrucken werden folgende Parameter eingestellt:  The following parameters are set for paste printing:
Absprung: 1 ,2 mm; Druck: 70 N; Jump: 1, 2 mm; Pressure: 70 N;
Geschwindigkeit: 150 mm/s. Speed: 150 mm / s.
Die Ätzpaste wird mit einer Linienbreite von 1 ,7 mm und einem Linienabstand von 200 pm aufgetragen (siehe Skizze Abb.13). Zum Ätzen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 5 Minuten bis zu 400°C erhitzt (Die Ätzpaste wird auf diese Weise aktiviert). Hierfür wird ein Bandofen verwendet. Der Ofen ist in vier Heizzonen eingeteilt. Die Zone 1 ist auf 550°C eingestellt, Zone 2 auf 400°C, Zone 3 auf 400°C und Zone 4 auf 300°C. Die The etching paste is applied with a line width of 1, 7 mm and a line spacing of 200 pm (see sketch Fig.13). For etching, the printed wafer is heated up to 400 ° C. for about 5 minutes (the etching paste is activated in this way). For this purpose, a belt furnace is used. The oven is divided into four heating zones. Zone 1 is set to 550 ° C, Zone 2 at 400 ° C, Zone 3 at 400 ° C and Zone 4 at 300 ° C. The
Bandgeschwindigkeit beträgt 51cm/min. Der geätzte Wafer wird nun mit einer Inline Reinigungsanlage von Schmid gereinigt. Die Reinigung erfolgt in zwei Stufen. In der ersten Stufe wird der Wafer in einem Durchlauf-Ultraschallbad (2 x 500W, 40kHz), in der zweiten Stufe beidseitig mit einem Wasserstrahl gereinigt und anschließend getrocknet (Druckluft). Tape speed is 51cm / min. The etched wafer is now cleaned with an inline cleaning system from Schmid. The cleaning takes place in two stages. In the first stage, the wafer is cleaned in a continuous ultrasonic bath (2 x 500W, 40kHz), in the second stage both sides with a water jet and then dried (compressed air).
Die PSG Glas-Ätzung und nasschemische Oberflächenreinigung wird mit HF, heißem demineralisiertem Wasser und nochmals mit HF durchgeführt. Die einseitige LPCVD SiNx- Abscheidung (LPCVD = Low Pressure Chemical Vapor Deposition) wird bei bis 790°C durchgeführt. The PSG glass etching and wet-chemical surface cleaning is performed with HF, hot demineralized water and again with HF. The one-sided LPCVD SiN x deposition (LPCVD = Low Pressure Chemical Vapor Deposition) is carried out at up to 790 ° C.
Die Prozessdauer zur Abscheidung einer Schichtdicke von 90 nm beträgt 2h. Als Reaktionsgase werden zur Si3N4-Abscheidung Dichlorsilan and NH3 verwendet. The process time for depositing a layer thickness of 90 nm is 2 h. As reaction gases, dichlorosilane and NH 3 are used for the separation of Si 3 N 4 .
Die Kantenisolierung kann durch Inline-Laser-Kantenisolierung erfolgen, kann aber auch durch ein geeignetes Ätzverfahren erfolgen. The edge insulation can be done by inline laser edge isolation, but can also be done by a suitable etching process.
Die Herstellung der erforderlichen Rückseitenkontakte erfolgt unter den folgenden Bedingungen: The required backside contacts are made under the following conditions:
Der Auftrag der Paste erfolgt mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird. Standardmäßig wird mit Ag/Al-Paste gearbeitet. Für den beschriebenen Prozess wird die Paste DuPont, PV 502 verwendet. Zum Verdrucken der Paste wird The application of the paste is done with a screen printing machine called "Baccini printer" (with four cameras), using Ag / Al paste as standard The DuPont, PV 502 paste is used for the process described the paste becomes
beispielsweise ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 230 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 36 pm eingesetzt. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 45°. Als Siebemulsion wird der Typ ISAR von Koenen verwendet. Die Paste kann mit einem Diamant-Rakel mit 60 shore Rakelhärte sehr gut verdruckt werden. Für das Pastendrucken werden folgende Parameter eingestellt: Absprung: 1 ,2 mm; Druck: 70 N; For example, a sieve made by Koenen with the specification 230 mesh / inch and a wire diameter of 36 pm used. The clothing angle of the screen is preferably 45 °. The sieve emulsion used is the type ISAR from Koenen. The paste can be printed very well with a diamond squeegee with 60 shore squeegee hardness. The following parameters are set for paste printing: Bounce: 1, 2 mm; Pressure: 70 N;
Geschwindigkeit: 150 mm/s. Mit der Ag/Al Paste werden zwei Busbars mit den Abmessunge von 5 mm x 124mm auf die Rückseite gedruckt. Die gedruckte Pastendicke beträgt ca. 15 pm. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf bis zu 200°C erwärmt. Hierfür wird ein Bandofen verwendet. Aluminum BSF Kontakt: Speed: 150 mm / s. With the Ag / Al Paste two busbars with the dimensions of 5 mm x 124 mm are printed on the backside. The printed paste thickness is about 15 pm. For drying, the printed wafer is heated up to 200 ° C for a period of about 3 minutes. For this purpose, a belt furnace is used. Aluminum BSF Contact:
Der Auftrag der Paste erfolgt mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird. Für den The application of the paste takes place with a screen printing machine, which under the name "Baccini printer" (with four cameras) is traded
beschriebenen Prozess wird die Aluminium Paste DuPont Comp. PV 381 verwendet. Zum Verdrucken der Paste kann beispielsweise ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 330 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 34 pm eingesetzt werden. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 45°. Als Siebemulsion wird der Typ ISAR von Koenen described process is the aluminum paste DuPont Comp. PV 381 used. For printing the paste, for example, a sieve from Koenen with the specification 330 mesh / inch and a wire diameter of 34 pm can be used. The clothing angle of the screen is preferably 45 °. The sieve emulsion used is the type ISAR from Koenen
verwendet. Die Paste kann mit einem Diamant-Rakel und 60 shore Rakelhärte sehr gut verdruckt werden. Für das Pastendrucken werden folgende used. The paste can be printed very well with a diamond squeegee and 60 shore squeegee hardness. For paste printing, the following
Parameter eingestellt: Absprung: 1 ,2 mm; Druck: 70 N; Geschwindigkeit: 150 mm/s. Mit der Standard-AI-Paste wird die gesamte Rückseite gedruckt. Die gedruckte Pastendicke beträgt ca. 22 pm. Die Pastenmenge liegt bei Parameter set: Bounce: 1, 2 mm; Pressure: 70 N; Speed: 150 mm / s. Standard AI paste prints the entire backside. The printed paste thickness is about 22 pm. The amount of paste is included
2,64 mg/cm2. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf bis zu 290°C erwärmt. Hierfür wird ein Bandofen verwendet. 2.64 mg / cm 2 . For drying, the printed wafer is heated up to 290 ° C for a period of about 3 minutes. For this purpose, a belt furnace is used.
Vorderseitenkontakt in den hochdotierten Bereichen (Linien): Front side contact in the heavily doped areas (lines):
Der Auftrag der Paste kann mit einer Siebdruckmaschine, welche unter dem Namen„Baccini printer" (mit vier Kameras) gehandelt wird, erfolgen. Für den beschriebenen Prozess wird die Silber Paste DuPont Comp. PV 145 verwendet. Zum Verdrucken der Paste wird ein Sieb der Firma Koenen mit der Spezifikation 280 mesh/inch und einem Drahtdurchmesser von 25pm eingesetzt. Der Bespannungswinkel des Siebes beträgt vorzugsweise 22,5°. Als Siebemulsion wird der Typ ISAR von Koenen verwendet. Die Paste kann mit einem Diamant-Rakel und 60 shore Rakelhärte sehr gut verdruckt werden. Für das Pastendrucken werden folgende Parameter eingestellt: Absprung: 1 ,2 mm; Druck: 70 N; Geschwindigkeit: 160 mm/s. Mit der Silberpaste wird das Forderseitenlayout mit 2 Busbars und Finger gedruckt. Die Linienbreite beträgt 80 pm und der Abstand zwischen den Fingern liegt bei 1 ,7 mm. Die Breite der Hauptbusbars beträgt 2 mm. Die gedruckte Pastendicke beträgt ca. 20 pm. Zum Trocknen wird der bedruckte Wafer für eine Dauer von etwa 3 Minuten auf bis zu 290°C erwärmt. Hierfür wird ein Bandofen verwendet. Brennbedingungen: The application of the paste can be done with a screen printing machine called "Baccini printer" (with four cameras) For the described process the silver paste DuPont Comp PV 145 is used Company Koenen with the specification 280 mesh / inch and a wire diameter of 25pm used The screen angle of the screen is preferably 22.5 ° .. The screen emulsion is the type ISAR Koenen used.The paste can with a diamond squeegee and 60 shore Rakelhärte very For the paste printing, the following parameters are set: jump: 1, 2 mm, pressure: 70 N, speed: 160 mm / s With the silver paste the Forderseitenlayout with 2 busbars and fingers is printed The line width is 80 pm and The distance between the fingers is 1, 7 mm The width of the main busbars is 2 mm The printed paste thickness is approximately 20 pm For drying, the printed wafer is used for the purpose of drying heated for a period of about 3 minutes up to 290 ° C. For this purpose, a belt furnace is used. Burning conditions:
- Die mit Metallpaste bedruckten Siliziumwafer werden durch einen IR- Bandofen transportiert und hierbei bis auf eine maximal Temperatur von 880°C gefeuert. Dieser Temperaturschritt dient sowohl zum Ausbrennen der organischen Pastenkomponenten als auch zum Sintern und Aufschmelzen der Metallpartikel und der Glasfrittenanteile. Hierdurch wird ein langzeitstabiler Oberflächenkontakt erzeugt (Stand der Technik: "Co-firing" und "ARC firing through"). Für das Ausbrennen wird im beschriebenen Prozess ein Bandofen mit 7 Zonen verwendet. Temperaturprofil: 250-350-400-480-560-560- 880°C . Die Bandgeschwindigkeit beträgt 1 ,5 m/min.  - The silicon wafers printed with metal paste are transported through an IR belt furnace and fired to a maximum temperature of 880 ° C. This temperature step serves both to burn out the organic paste components and to sinter and melt the metal particles and the glass frit portions. This produces a long-term stable surface contact (state of the art: "co-firing" and "ARC firing through"). For burnout, a 7-zone belt furnace is used in the described process. Temperature profile: 250-350-400-480-560-560-880 ° C. The belt speed is 1.5 m / min.
Eigenschaften des selektiven Emitters: Properties of the selective emitter:
Für das Ätzen des„shallow Emitters" wird die Ätzpaste isishape SolarEtch BES verwendet. Der zuvor dotierte„deep Emitter" mit einem The etching paste isishape SolarEtch BES is used to etch the "shallow emitter." The previously doped "deep emitter" with a
Schichtwiderstand von 40 Ohm/sq wird auf einen Schichtwiderstand von 100 Ohm/sq geätzt. Hierfür ist eine Ätztiefe von etwa 40-50nm notwendig. Sheet resistance of 40 ohms / sq is etched to a sheet resistance of 100 ohms / sq. For this an etching depth of about 40-50nm is necessary.
Die auf diese Weise erzeugten Emitter weisen charakteristische Profile der Phosphorkonzentration im Verhältnis zur Tiefe der Diffusion auf, wie in The emitters produced in this way have characteristic profiles of the phosphorus concentration in relation to the depth of the diffusion, as in
Abbildung 11 wiedergegeben ist. Figure 11 is shown.
Zur Charakterisierung der hergestellten Solarzellen werden Strom- Spannungs-Kennlinien (l-V) der hergestellten Solarzellen mittels Sonnenlichtsimulator (Xe ars Lampe) bei Standard Bedingungen (STC. 1000W/sqm, AM1.5, Temperatur: 25°C) gemessen (vgl. Abb. 12). To characterize the produced solar cells, current-voltage characteristics (IV) of the produced solar cells are measured by means of a solar light simulator (Xe ars lamp) under standard conditions (STC 1000W / sqm, AM1.5, temperature: 25 ° C) (see Fig. 12).
Entsprechende Messungen haben ergeben, dass mit Hilfe des Corresponding measurements have shown that with the help of
erfindungsgemäßen Verfahrens Solarzellen mit einstufigen selektiven Process according to the invention solar cells with single-stage selective
Emittern mit um >0,5% gesteigertem Wirkungsgrad im Vergleich zu Emitters with> 0.5% increased efficiency compared to
Wirkungsgraden von Standardsolarzellen hergestellt werden können. Efficiencies of standard solar cells can be produced.
Ätzpastenbeispiele: Ätzpastenbeispiele:
Beispiel 1 Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus example 1 To a solvent mixture consisting of
125 g Phosphorsäure (85%)  125 g phosphoric acid (85%)
75 g Diethylenglycolmonoethylether (DEGMEE) in Mischung mit DMSO (1 :1) wird unter starkem Rühren  75 g of diethylene glycol monoethyl ether (DEGMEE) in admixture with DMSO (1: 1) is added with vigorous stirring
14g Polyvinylpyrrolidon zugegeben.  14g polyvinylpyrrolidone added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 64g Ruß versetzt und für 2 Stunden nachgerührt.  The clear homogeneous mixture is then mixed with 64 g carbon black and stirred for 2 hours.
Beispiel 2 Example 2
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus 74,5 g Phosphorsäure (85%)  To a solvent mixture consisting of 74.5 g phosphoric acid (85%)
75 g Diethylenglycolmonoethylether (DEGMEE) in Mischung mit DMSO (1 :1) wird unter starkem Rühren  75 g of diethylene glycol monoethyl ether (DEGMEE) in admixture with DMSO (1: 1) is added with vigorous stirring
16g Polyvinylpyrrolidon zugegeben.  16g polyvinylpyrrolidone added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 50 g Ceridust versetzt und für 2 Stunden nachgerührt. The clear homogeneous mixture is then mixed with 50 g of Ceridust and stirred for 2 hours.
Beispiel 3 Example 3
Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus 165 g Phosphorsäure (85%)  To a solvent mixture consisting of 165 g phosphoric acid (85%)
85 g Diethylenglycolmonoethylether (DEGMEE) in Mischung mit DMSO (1 :1) wird unter starkem Rühren  85 g of diethylene glycol monoethyl ether (DEGMEE) in admixture with DMSO (1: 1) with vigorous stirring
17g Polyvinylpyrrolidon zugegeben.  17g polyvinylpyrrolidone added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 70 g Ceridust 9202 F versetzt und für 2 Stunden nachgerührt. The clear homogeneous mixture is then mixed with 70 g of Ceridust 9202 F and stirred for 2 hours.
Beispiel 4 Example 4
Alternative Ätzpaste mit KOH Zu einem Lösungsmittelgemisch bestehend aus Alternative etching paste with KOH To a solvent mixture consisting of
250 g KOH Lösung (60%) 250 g KOH solution (60%)
520g Gamma-Butyrolacton  520 g of gamma-butyrolactone
wird unter starkem Rühren is under strong stirring
15g Hydroxypropylcellulose zugegeben.  15g hydroxypropyl cellulose added.
Die klare homogene Mischung wird nun mit 70 g Ceridust 9202 F The clear homogeneous mixture is now mixed with 70 g of Ceridust 9202 F
versetzt und für 2 Stunden nachgerührt added and stirred for 2 hours
Die nun gebrauchsfertige Paste kann mit einem 280 Mesh Edelstahlgewebe Sieb verdruckt werden. Prinzipiell können auch Polyester oder ähnlich Siebmaterialien verwendet werden. The now ready-to-use paste can be printed with a 280 mesh stainless steel mesh sieve. In principle, polyester or similar sieve materials can be used.
In Lagerversuchen hat sich die hergestellte Atzpaste über lange Zeit unter Erhalt der vorteilhaften Ätzeigenschaften als lagerstabil erwiesen.  In storage experiments, the etch paste produced has proven to be storage stable for a long time while retaining the advantageous etching properties.
Weitere Beispiele für erfindungsgemäße Zusammensetzungen mit vorteilhaften Eigenschaften werden in der folgenden Tabelle 1  Further examples of compositions according to the invention having advantageous properties are given in the following Table 1
wiedergegeben: reproduced:
Tabelle 1 Table 1

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E P A T E N T A N S P R E C H E
Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter und einstufiger Diffusion, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer aufgedruckten Ätzpaste eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht in einem einzigen Ätzschritt geätzt werden. Process for the production of solar cells with selective emitter and single-stage diffusion, characterized in that etched with a printed etching paste, a phosphosilicate glass layer (PSG or PSG layer) and an underlying silicon layer in a single etching step.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des selektiven Emitters unter Verwendung einer Phosphorsäurehaltigen Ätzpaste erfolgt, die eine Phosphor-Silicat-Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und eine darunter liegende Silizium-Schicht in einem einzigen Verfahrensschritt ätzt. A method according to claim 1, characterized in that the formation of the selective emitter is carried out using a phosphoric acid-containing etching paste which etches a phosphorus silicate glass (PSG or PSG) layer and an underlying silicon layer in a single process step.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ätzung der Phosphor-Silicat- Glas-Schicht (PSG oder PSG-Schicht) und einer darunter liegenden Silizium-Schicht eine Siliziumoberfläche mit erhöhter Mikro-Rauhigkeit der eigentlichen Textur erhalten wird. Method according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that the etching of the phosphorus-silicate glass layer (PSG or PSG layer) and an underlying silicon layer, a silicon surface with increased micro-roughness of the actual texture is obtained ,
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Texturierung der Method according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that after texturing the
Oberfläche des Siliziumwafers mit pyramidaler oder amorpher Struktur die Oberfläche mit einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste behandelt wird, wodurch eine erhöhte Mikro-Rauhigkeit der eigentlichen Textur erzielt wird.  Surface of the silicon wafer with pyramidal or amorphous structure, the surface is treated with a phosphoric acid-containing etching paste, whereby an increased micro-roughness of the actual texture is achieved.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Verfahrensschritte: I. Texturierung der Oberfläche (mit KOH/Isopropanol oder 5. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 4 comprising the method steps: I. Texturing of the surface (with KOH / isopropanol or
HF/HNO3)  HF / HNO3)
II. Phosphordotierung (~35-40Q/sq Diffusion von POCI3) II. Phosphorus doping (~ 35-40Q / sq diffusion of POCI 3 )
III. Lokales Ätzen der PSG- und Silizium-Schicht, wodurch eine Leitfähigkeit im Bereich von -80 - 100 Ω/sq erzielt wird (PSG = Phosphor Silicate Glass) und Reinigung  III. Local etching of the PSG and silicon layers, resulting in a conductivity in the range of -80 - 100 Ω / sq (PSG = Phosphor Silicate Glass) and cleaning
IV. PSG Ätzung  IV. PSG etching
V. Abscheidung der Antireflexionsschicht (ARC Deposition) mittels „plasma enhanced chemical vapor deposition" (PECVD) von Siliziumnitrid (SiNx) V. Deposition of the Antireflection Layer (ARC Deposition) by "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" (PECVD) of Silicon Nitride (SiN x )
VI. Siebdruck zur Metallisierung der Oberfläche (Frontseite) und der Rückseite mit anschließendem Sintern (Cofiring)  VI. Screen printing for the metallization of the surface (front side) and the back side with subsequent sintering (cofiring)
VII. Kantenisolierung  VII. Edge insulation
Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Verfahrensschritte: Method according to one or more of the preceding claims 1 to 4 comprising the method steps:
I. Texturierung (in diesem Schritt erfolgt die  I. Texturing (in this step, the
Oberflächentexturierung mit KOH/Isopropanol oder HF/HNO3)Surface texturing with KOH / isopropanol or HF / HNO 3 )
II. PSG-Ätzen, 40Q/sq Diffusion (POCI3) II. PSG etching, 40Q / sq diffusion (POCI 3 )
III. PSG-Ätzen  III. PSG etching
IV. Aufdrucken von Solar Etch®, Si-Ätzen, um einen Widerstand von 100 Ω/sq zu erhalten und Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KoH-Lösung IV. Imprinting Solar Etch ®, Si-etching to obtain a resistance of 100 Ω / sq, and cleaning with DI water and / or 0.05% KOH solution
V. Abscheidung einer Antireflexionsbeschichtung (Anti-Reflective Coating = ARC) durch Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) für die Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) V. Deposition of an Anti-Reflective Coating (ARC) by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) for the Deposition of Silicon Nitride (SiN x )
VI. Siebdrucken auf Front- und Rückseite zur Metallisierung der Oberfläche auf Front- und Rückseite mit anschließendem  VI. Screen printing on the front and back for metallization of the surface on front and back with subsequent
Sintern  sintering
VII. Kantenisolierung  VII. Edge insulation
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung mit Dl-Wasser und/oder 0,05%-iger KOH-Lösung erfolgt. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Rückseiten-Kantenisolierung durch einen Ätzschritt durchgeführt wird. 7. The method according to claims 5 or 6, characterized in that the cleaning is carried out with DI water and / or 0.05% KOH solution. Method according to claims 5 to 7, characterized in that in addition a backside edge insulation is performed by an etching step.
Verwendung einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter mit einstufiger Diffusion. Use of a phosphoric acid-containing etching paste for the production of solar cells with selective emitter with single-stage diffusion.
10. Verwendung einer Phosphorsäure-haltigen Ätzpaste in einem 10. Use of a phosphoric acid-containing etching paste in one
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6 zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter. 1. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste zur Verwendung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste Phosphorsäure in einer Menge von 25 bis 80 Gew.-% enthält.  Method according to one or more of claims 1-6 for the production of solar cells with selective emitter. A phosphoric acid-containing etching paste for use according to any one of claims 9 or 10, characterized in that the paste contains phosphoric acid in an amount of 25 to 80 wt .-%.
12. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste gemäß Anspruch , enthaltend ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in einer Menge von 20 bis 40 Gew.-%. 12. phosphoric acid-containing etching paste according to claim, containing a solvent or solvent mixture in an amount of 20 to 40 wt .-%.
Phosphorsäure-haltige Atzpaste gemäß Anspruch 11 oder 12, enthaltend Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe Glycerin, Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Dimethylsulfoxid und gamma-Butyrolacton rein oder im Gemisch. Phosphoric acid-containing etching paste according to claim 11 or 12, comprising solvents selected from the group consisting of glycerol, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide and gamma-butyrolactone neat or in a mixture.
14. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, enthaltend mindestens einen nichtpartikulären Verdicker. 14. phosphoric acid-containing etching paste according to one or more of claims 11 to 13, comprising at least one non-particulate thickener.
15. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, enthaltend einen nichtpartikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Polyvinylpyrrolidon und 15. phosphoric acid-containing etching paste according to one or more of claims 11 to 14, comprising a non-particulate thickener selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone and
Hydroxypropylcellulose rein oder im Gemisch.  Hydroxypropylcellulose pure or in a mixture.
16. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 15, enthaltend einen partikulären Verdicker ausgewählt aus der Gruppe Ruß und niedrigschmelzende 16. phosphoric acid-containing etching paste according to one or more of claims 11 to 15, comprising a particulate thickener selected from the group of soot and low-melting
Wachspartikel, rein oder im Gemisch.  Wax particles, pure or in a mixture.
17. Phosphorsäure-haltige Ätzpaste gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, enthaltend Verdicker in einer Menge von 20 - Gew.%. 17. phosphoric acid-containing etching paste according to one or more of claims 11 to 16, comprising thickener in an amount of 20 - wt.%.
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