EP2499678A2 - Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen - Google Patents

Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen

Info

Publication number
EP2499678A2
EP2499678A2 EP10775834A EP10775834A EP2499678A2 EP 2499678 A2 EP2499678 A2 EP 2499678A2 EP 10775834 A EP10775834 A EP 10775834A EP 10775834 A EP10775834 A EP 10775834A EP 2499678 A2 EP2499678 A2 EP 2499678A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
macroporous
semiconductor substrate
layers
etched
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10775834A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Brendel
Marco Ernst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Original Assignee
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut fuer Solarenergieforschung GmbH filed Critical Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Publication of EP2499678A2 publication Critical patent/EP2499678A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/0284—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table comprising porous silicon as part of the active layer(s)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3063—Electrolytic etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1892—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates
    • H01L31/1896—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof methods involving the use of temporary, removable substrates for thin-film semiconductors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for forming one or more thinner ones
  • the invention further relates to a method for producing a solar cell, in which one or more thin semiconductor layer substrates are formed and further processed into solar cells.
  • Semiconductor substrates used to make solar cells are conventionally often provided in the form of semiconductor wafers.
  • Such wafers generally have a thickness of 100-500 ⁇ m and are conventionally obtained by sawing a semiconductor material block,
  • a silicon single crystal produced in thin slices.
  • semiconductor substrates having a smaller thickness, for example less than 100 ⁇ m, and preferably less than 50 ⁇ m.
  • the prior art discloses methods for producing crystalline silicon-based solar cells in which a porous silicon layer is first produced on a silicon substrate and then a further layer of silicon is deposited over the porous silicon layer, for example epitaxially. This further layer can then be separated from the silicon substrate, wherein the previously produced porous layer serves as a predetermined breaking point.
  • the separated layer can be formed, for example, with a thickness of a few ⁇ and then serve as a thin-film substrate for a solar cell, in the subsequent steps essential components of the solar cell, such as their emitter and / or their contact metallization, can be formed.
  • the silicon thin film applied to the porous layer preferably grows up with the same crystal structure as the underlying silicon substrate.
  • the silicon substrate is a high quality single crystal wafer, then a high quality silicon thin film can be produced, which can then be used as a substrate for high efficiency solar cells.
  • holes are formed in the silicon wafer with the aid of a fluorine-containing, acidic electrolyte, and upon reaching a depth of the holes, the thickness of the substantially to be formed
  • process parameters of the etching are changed so that the self-supporting semiconductor layer separates by coalescence of the holes independently.
  • a method of forming one or more thin semiconductor layer substrates for solar cell fabrication comprises the following method steps:
  • Etching solution can be formed
  • an edge region of the semiconductor substrate surrounding the partial surface at least partially remains unetched, in order to form a stabilizing, non-porous
  • Semiconductor substrate preferably after the upper macroporous layer has been separated from the semiconductor substrate.
  • the present invention may be considered as based on the following idea.
  • macroporous layers and etched-apart layers may be successively formed alternately by electrochemical etching. This can be a
  • Partial surface of the semiconductor substrate to be exposed for example, a hydrofluoric acid etching solution.
  • the etching solution successively etches into the semiconductor substrate.
  • layers of different porosity are produced by the etching process.
  • the influencing parameters can be chosen such that a layer of relatively low porosity of, for example, less than 40% is produced.
  • the influencing parameters are changed in such a way that an etched-off layer is formed, ie a layer in which the pores created by the etching merge, resulting in a "porosity" of 100%, ie a layer in which the semiconductor material is complete
  • the influencing parameters can be correspondingly changed again in order to produce a further macroporous layer below the etched-off layer, etc. In this way, a stack with a
  • the edge region of the semiconductor substrate adjoining these sub-surfaces In order to prevent the adjacent macroporous layers from separating from each other during the etching process, e.g. not the entire surface of the semiconductor substrate of the etching solution are exposed, but only one or more sub-surfaces. In an edge region of the semiconductor substrate adjoining these sub-surfaces, this is e.g. protected against the etching solution, so that the edge region remains unetched and thus has no porosity.
  • etching in the edge region can also be prevented by deliberately not being illuminated during the etching process.
  • the unetched edge region may partially or completely surround the etched sub-surface like a frame and, for example, have a width of 0.3 to 5 mm. Therefore, the edge region can hold and stabilize the macroporous layers in mechanical communication with it both during the etching and during subsequent process steps.
  • the macroporous layers held together by the edge region can be any macroporous layers held together by the edge region.
  • the macroporous layers are still all held by the unetched edge and thus stabilized in this stage of the process, which can considerably facilitate handling.
  • a fluid of sufficiently low viscosity can penetrate through all the porous layers and thus reach the entire surface of all the porous layers.
  • one or more dielectric layers can be produced on the surface of the macroporous layers, and thus the surface can be effectively passivated.
  • the individual macroporous layers can preferably be separated mechanically from the semiconductor substrate in succession by interrupting a mechanical connection between the macroporous layer and the non-porous edge region.
  • an additional method step may be carried out in which process parameters are selected such that only the outer surface of the uppermost macroporous layer is treated, but not the pores or the opposite surface. In this way, single macroporous layers can be treated on one side. For example, a metal layer serving for electrical contacting can be applied on one side.
  • a plurality of thin semiconductor layer substrates can be produced from originally a single semiconductor substrate with simple processing steps which involve little processing effort and can be repeated several times, if desired.
  • Each of these semiconductor layer substrates may consist of one of the macroporous layers.
  • Such semiconductor layer substrates may have a desired surface texturing, in particular due to the porosity of these layers, without the need for additional work steps.
  • the quality of the semiconductor material corresponds essentially to the quality of the semiconductor substrate used as the starting material, i. For example, when a high-quality semiconductor substrate is used in the form of a single-crystal silicon wafer, for example, the semiconductor layer substrate produced also becomes high
  • Material quality and in particular have a monocrystalline structure have a monocrystalline structure.
  • the semiconductor substrate provided (process step (a)) may be a substrate of any semiconductor material such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (GaAs), etc.
  • the semiconductor substrate may be provided in the form of a wafer and may have a considerable thickness of several 100 ⁇ m.
  • semiconductor substrates made of a semiconductor material of high electronic quality such as, for example, a monocrystalline silicon wafer, are preferred.
  • the method can be implemented particularly advantageously on semi-conductor substrates of the n-type semiconductor.
  • a macroporous layer and an etched-away layer or, alternatively, multiple alternating macroporous and etched-free layers are etched into the semiconductor substrate (process steps (b1, b2,%) And (c1, c2,.
  • the formation of an upper macroporous layer on a surface of the semiconductor substrate is started, and then an etched-off layer is etched beneath this macroporous layer.
  • the etching direction can be quite different, for example from bottom to top or from left to right.
  • the macroporous layers have a porosity of less than 60%, more preferably less than 30%, and more preferably less than 10%.
  • the porosity of a layer should be understood to mean a ratio of the accumulated volume of all pores within a layer to a total volume of the layer. In other words, the more pores are contained therein and the larger the pores are, the greater the porosity of a layer.
  • An etched-away layer may have a porosity of substantially 100%.
  • the porous layers are produced in the semiconductor substrate by electrochemical etching, for example by forming a partial surface of the semiconductor substrate with a
  • Etching solution is brought into contact and at the same time an electrical voltage between the substrate surface and the etching solution is applied. In other words, they are
  • Etching come. Since this process generally does not proceed homogeneously but concentrates on nucleation nuclei, inhomogeneous etching of the substrate surface may occur in which channels are etched into the substrate largely perpendicular to the substrate surface, whereby a porous layer can be formed.
  • a nucleation phase may be necessary for the formation of etch nuclei, for example by predefining etching nuclei photolithographically.
  • nucleation nuclei may already be present on the surface as a result of the last etching process, so that the expense for the formation of etch nuclei can therefore be saved during subsequent etching processes.
  • a strength of the electrochemical etch process may depend, in particular, on how many positive charge carriers (also referred to as "holes" or free states in the valence band of the semiconductor material) are available at the substrate surface, in p-type semiconductor substrates the holes are the holes.
  • Majority carriers and an etching activity hang during electrochemical etching mainly from the fluorine ion concentration available from the etching solution and the applied electrical voltage.
  • the holes are the minority carriers.
  • the amount of holes available for an electrochemical etching process can be greatly influenced by illuminating the semiconductor substrate and the associated generation of carrier pairs (electrons and holes).
  • the porosity in addition to the applied electrical voltage can be controlled substantially by the intensity of simultaneous illumination. It has been observed that with n-type substrates, it may be necessary to illuminate simultaneously during the etching to produce porous layers having a macroporous structure.
  • the parameters influencing electrochemical etching can be set alternately so as to form a macroporous layer and form an etched-back layer.
  • a small etching current and hence low porosity may be produced so that only small pores are formed, whereas for subsequent formation of the etched away layer, the semiconductor substrate is illuminated with a higher light intensity that it leads to a higher porosity and thus to the formation of larger pores, which ultimately merge into one another and thus form the etched-off layer. Since the pores z. B. in a silicon wafer of the 100-crystal direction always preferred perpendicular to
  • Form surface of the semiconductor substrate can be generated in this way a sequence of alternately formed macroporous layers and etched away layers.
  • influencing parameters that influence the strength and speed of the electrochemical etching process such as a voltage applied between the semiconductor substrate and the etching solution, an illumination of the semiconductor substrate, a semiconductor type and a doping concentration within the semiconductor substrate, are a concentration of etching substances such as For example, hydrofluoric acid (HF) within the etching solution and / or a temperature of the etching solution selected such that the macroporous layer is formed with a macroporous structure.
  • HF hydrofluoric acid
  • a layer having an average pore size of more than 50 nm is understood according to IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), a layer having an average pore size of more than 50 nm.
  • IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry
  • a coarse macroporous structure in the macroporous layer can have the advantage of a smaller surface area, and thus less surface recombination, compared to a mesoporous structure with equal porosity.
  • the etching solution is accompanied by a wetting agent.
  • This wetting agent can cause the actual etching substances of the etching solution to evenly wet the surface of the semiconductor substrate during the etching process. This may be particularly beneficial in the extended channels within the porous layers. It has also been observed that some wetting agents can lower the viscosity of the etching solution and thus facilitate the penetration or circulation of etching solution in previously etched porous layers. In addition, due to the wetting agent, gas bubbles that may form during the etching process may easily dislodge from the surface of the semiconductor substrate.
  • the wetting agent for example, ethanol (C 2 H 6 O) or acetic acid (CH 2 H 4 O 2 ) can be used.
  • influencing parameters during the electrochemical etching of the a plurality of porous layers are adapted such that the pore structure and / or the layer thickness of the successively formed macroporous layers remain substantially the same. Since the composition of the etching solution may change in the course of the etching process, and in particular the circulation of etching solution within pores of already etched porous layers may be restricted and therefore the replacement of etching solution deeper inside already etched porous layers may be limited, it may be limited during the etching process It may be necessary to successively form the various porous layers
  • etching parameters in particular the intensity of the illumination of the substrate during the etching, such that the etching rates and thus the resulting etching structures remain substantially unchanged. This can be achieved that the macroporous layers, which later after mechanical separation, the desired thin
  • Semiconductor layer substrates to form all have substantially the same mechanical and electronic properties.
  • the duration of the etching process is preferably selected such that the macroporous layers are formed with a layer thickness of 5-100 ⁇ m, preferably 10-30 ⁇ m, whereas the self-supporting layers only have a thickness of 0.5 ⁇ m. 20 ⁇ , preferably 1 ⁇ - 5 ⁇ , are formed.
  • a fluid method step is understood as a method step in which a fluid, such as, for example, a gas or a liquid, is applied to the surface of the device
  • Semiconductor substrate that is, in particular on the outer and inner surfaces of the porous layers, can act.
  • the entire surface of the porous layers can be coated with an additional layer.
  • a dielectric layer may be formed on the surfaces of the macroporous layers and the etched-away layers.
  • the dielectric layer can serve in particular for the passivation of the surfaces.
  • the semiconductor substrate with the previously in it
  • trained macroporous and etched layers are subjected to a high-temperature process step, in which at temperatures above 450 ° C, preferably from above 700 ° C, for example in an oxygen-containing atmosphere
  • Silicon dioxide layer (Si0 2 ) grows homogeneously on the surfaces of the porous layers. Such a silicon dioxide layer can lead to an effective surface passivation of the porous layers even at low layer thicknesses of less than 10 nm.
  • Silicon nitride layer or an aluminum oxide layer to passivate the surface are deposited.
  • an alumina layer may be deposited by deposition deposition at temperatures lower than 500 ° C, preferably lower than 250 ° C, using an atomic deposition technique (ALD method).
  • ALD method atomic deposition technique
  • a near-surface layer may be doped with dopants, such as, for example, phosphorus or boron.
  • dopants such as, for example, phosphorus or boron.
  • a thin layer of aluminum which may serve as a metal contact for a solar cell, may be sputtered or a thin silicon nitride layer, which may serve as a barrier during a subsequent diffusion or wet chemical process, may be deposited by a plasma deposition process such as PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) are deposited.
  • PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • pores from a gas phase can deposit on a surface to be coated.
  • One difficulty with the coating of porous layers may be that the layers are perforated by the pores. Since solar cells are usually rarely processed on both sides but often only on one side, care must be taken in this case that the other side of the cell actually remains unprocessed.
  • a gas pressure can be selected to be sufficiently low, so that deposition of a thin layer on inner surfaces of the porous semiconductor layer substrate is largely avoided.
  • a gas pressure can be chosen so low that the free path lengths of particles within the gas are so large that the particles can essentially no longer penetrate into the pores of the porous layer, but only to a coating of the outer regions
  • the porous layer comes to stay inside areas of the porous layer largely uncoated.
  • a treatment may be with a viscous fluid that can not penetrate the pores. Then the porous layer is treated only on one side.
  • a mechanical force can be exerted directly on the macroporous layer.
  • the macroporous layer may be gripped with a vacuum suction device and moved by appropriately moving the vacuum suction device relative to the vacuum suction device
  • Semiconductor substrate are broken out of the semiconductor substrate.
  • the geometry of the vacuum suction device and the movement of the vacuum suction device can be adapted such that the macroporous layer breaks at a transition to the stabilizing, non-etched edge region. In this way, the previously produced, stacked macroporous layers successively, each seized with the vacuum suction, can be broken and fed to subsequent processing steps.
  • a trench may be introduced in a peripheral region of the macroporous layer.
  • the trench can be generated for example with the aid of a laser or a mechanical chip saw.
  • the depth of the trench may be approximately equal to or smaller than the thickness of the macroporous layer to be separated so that the macroporous layer can be triggered in a controlled manner.
  • the trench may be introduced in an entire peripheral area or in parts of a peripheral area of the macroporous layer, i.e., e.g. where the macroporous layer laterally adjoins the adjacent, stabilizing edge region.
  • an outer macroporous layer may be mechanically separated from the semiconductor substrate by adhering a carrier substrate to the outer macroporous layer and then tearing off the carrier substrate with the outer macroporous layer adhered thereto from the semiconductor substrate.
  • a method such as used in module encapsulation or a sol-gel method can be used.
  • the carrier substrate used may preferably be a flexible film, for example an aluminum foil. The film can then together with the adhering thereto outer macroporous layer by rolling off the
  • the attachment of the flexible film may be accomplished by e.g. Heating in an oven or done by laser irradiation. After heating, the silicon may be doped with atoms from the film, whereby it is possible to combine the production of the pn junction with the adhesion of the film.
  • the method has the following process steps: (i) forming a thin one
  • Semiconductor substrate by the method described above; (ii) forming doped regions in the semiconductor layer substrate; and (iii) forming electrical contacts on surface regions of the semiconductor layer substrate.
  • the embodiments, features, and advantages of the invention are partially related to the method for forming semiconductor layer thin films, such as may be used in a solar cell manufacturing process, in part in relation to the solar cell manufacturing method of the invention, and partially with respect to the prepared semiconductor thin film substrates or solar cells.
  • a person skilled in the art will recognize that the features of the various embodiments can be combined with one another in any desired manner and that the described method features can cause corresponding structural features in the semiconductor thin film substrates or semiconductor components produced or vice versa.
  • Fig. 1 shows an arrangement with which the method for forming
  • Semiconductor thin film substrates according to an embodiment of the invention can be performed.
  • Fig. 2 shows an alternative arrangement with which the method for forming
  • Semiconductor thin film substrates according to an embodiment of the invention can be carried out.
  • Fig. 3 illustrates a sequence of steps of a method of forming
  • FIG. 4 shows a schematic plan view of a semiconductor substrate in which a macroporous layer surrounded by an edge region is produced by means of a method according to FIG
  • Embodiment of the present invention was produced.
  • FIG. 5 shows an electron micrograph of a porous silicon layer structure that can be produced by a method according to one embodiment of the invention and in which the individual layers are separated from one another by intermediate etched-apart layers.
  • FIG. 6 is an enlarged electron micrograph of a silicon layer substrate formed by a method according to one embodiment of the invention.
  • a semiconductor substrate 1 is supported horizontally on an electrode 9.
  • the electrode 9 has a plexiglass plate over which thin platinum wires are stretched. Thus, the electrode 9 is largely transparent.
  • a 1-5% hydrofluoric acid etching solution 7 is filled in an upwardly and downwardly open vessel 15.
  • a sealing O-ring 17 which between the bottom of the vessel 15 and the
  • a second electrode 11 is immersed in the etching solution 7.
  • the two electrodes 9, 11 are connected to a controller 13, wherein the controller 13 may vary a voltage applied between the electrodes 9, 11 voltage.
  • a lamp 19 is arranged to illuminate the semiconductor substrate 1 through the substantially transparent first electrode 9 from behind.
  • the lamp 19 is also connected to the controller 13, wherein the controller 13 is adapted to vary the brightness or the emitted light intensity of the lamp 19.
  • a Hydrofluoric acid-containing etching solution 7 In the alternative device shown in Fig. 2 is located in a vessel 15 a Hydrofluoric acid-containing etching solution 7.
  • a semiconductor substrate 1 supports vertically at a first electrode 9. Both the first electrode 9 and a second platinum electrode 11 are immersed in the etching solution 7. Both electrodes 9, 11 are in turn with a
  • a tunnel 21 serves to homogenize the electric field extending between the two electrodes 9, 11.
  • a lamp 19 serves to illuminate the semiconductor substrate 1 from behind by the largely
  • Brightness can be varied. An edge region 3 of the semiconductor substrate 1 was protected with a lacquer layer 5 prior to immersion in the etching solution 7, and in this way prevents the etching solution 7 from coming into contact with the edge region 3.
  • the incident light due to the incident light, positive charge carriers, that is, "holes" are generated in the n-type silicon wafer used as the semiconductor substrate 1.
  • holes are generated in the n-type silicon wafer used as the semiconductor substrate 1.
  • the given incident light intensity I is a direct measure of the currently flowing etching current and thus of the currently etched porosity, which the etching solution 7 near the surface of the semiconductor substrate 1 sets.
  • a region of a partial surface of a semiconductor substrate 1 is in each case shown, which is wetted by the etching solution 7 and which is attached to the not to be etched edge region 3 adjacent.
  • the edge region 3 is in this case protected by a protective layer 5 from the etching solution 7.
  • a semiconductor substrate 1 in the form of an n-type silicon wafer of the crystal direction 100 is provided and brought into contact with the etching solution 7 at a partial surface of its upper surface. Since no light has yet been radiated from the lamp 19 onto the wafer 1, the etching current between the electrodes 9, 11 and thus the etching intensity is initially negligibly small.
  • step (b) the lamp is turned on at time ti and initially held at low light intensity for between about 1 and 60 minutes. It comes during this phase to a low etching current with a typical current density in the range of 1 to 10 mA / cm 2 .
  • the voltage applied between the electrodes 9, 11 is in the range of 0.5 to 5 V.
  • the etching process begins at the contacting with the etching solution 7 surface of the semiconductor substrate 1 in areas that were either previously defined, for example by means of photolithography, by adjoining areas by a
  • ⁇ tzbarrieren layer have been protected, or where natural nucleation on the substrate surface 1 exist.
  • a first, upper, macroporous layer 33 is produced. The duration during which the illumination and thus the etching current is kept so low, is chosen so that the thickness of the macroporous layer 33 produced a desired thickness of one to be formed
  • Semiconductor layer substrate corresponds.
  • Typical desired thicknesses are in the range of 10 to 50 ⁇ m.
  • Typical etching times are for this purpose 1 to 60 minutes, for example 10 to 60 minutes.
  • the incident of the lamp 19 Light intensity I increases.
  • the light intensity can be increased abruptly or successively over a period of a few minutes, wherein the type of increasing a resulting surface structure of the porous layer produced can be influenced.
  • An etched-away layer 35 is formed. In this etched-away layer 35, no semiconductor material remains in the regions between adjacent etched channels. Thus, the etched-away layer 35 separates the overlying macroporous layer 33 from the substrate 1 remaining thereunder, so that the macroporous layer 33 is self-supporting and is only connected to the substrate 1 via the edge region 3.
  • step (d) the illumination intensity is reduced again, so that again thinner channels form and a further macroporous layer 37 is formed.
  • the illumination intensity can be intensified again and a further etched-off layer 39 can be formed.
  • the method steps (d) and (e) can be repeated several times, resulting in a layer sequence of macroporous layers and layers etched away adjacent thereto.
  • the circulation of etching solution in the narrow channels of the porous layers can deteriorate with increasing depth of the channels and thus decrease the etching rates If necessary, appropriate measures can be taken to form the deeper macroporous and etched layers with similar structure and thickness as the layers above.
  • the etching solution can be any suitable measure.
  • Wetting agent can be added, the light intensity or the etching times can be adjusted accordingly or the concentration of the etching solution used can be varied.
  • the desired structure After the desired structure has been formed by a plurality of adjoining macroporous layers and etched-apart layers in the semiconductor substrate, it is removed from the etching solution, rinsed in deionized water and cleaned, and then dried.
  • advantage is taken of the fact that the several superimposed self-supporting macroporous layers are all connected to the unetched edge region 3 and are mechanically stabilized by it.
  • the stack of macroporous layers can thus be further processed together with the remaining unetched semiconductor substrate in a simple manner as a whole.
  • High-temperature step are subjected, in which the semiconductor substrate is exposed to an oxygen-containing gas atmosphere at high temperatures of about 450 ° C. At these high temperatures, the surface of the silicon substrate is oxidized and a thin silicon dioxide layer 45 (Si0 2 ) is formed. Since the hot oxygen-containing gas can easily penetrate into the cavities of the porous or etched-away layers 33, 35, 37, 39, the entire surface of the porous layers is covered with a thin oxide layer 45 with a thickness of a few nm.
  • the thin oxide layer can as
  • Layers can be treated in a similar way.
  • Alternative fluid processing steps may include, for example, gas phase diffusion, atomic layer deposition, or wet chemical treatment.
  • the fluid method step can be carried out simultaneously on a plurality of porous layers formed on the semiconductor substrate and these layers can then be further processed in the pre-processed state by the fluid method step to finished solar cells, with the method proposed herein, a throughput in the Solar cell production can be increased significantly.
  • the individual macroporous layers 33, 37 are then preferably mechanically separated from the semiconductor substrate 1 successively.
  • a carrier substrate 41 can be adhered to an uppermost macroporous layer 33.
  • the carrier substrate 41 together with the macroporous layer 33 adhered thereto can then be subjected to a mechanical force, so that the macroporous layer 33 breaks in a peripheral region 43 in the vicinity of the edge region 3 and thus can be detached from the semiconductor substrate 1.
  • the carrier substrate 41 can be chosen so, for example, as a transparent glass plate, that it can also be used as a solar cell during subsequent process steps or during a subsequent use of the macroporous layer as a carrier substrate.
  • the carrier substrate 41 can be released again from the macroporous layer 33 in a later method step.
  • the process step (g) of separating the uppermost macroporous layer can be repeated several times until all previously produced macroporous layers 33, 37 have been separated from the semiconductor substrate 1.
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of a semiconductor substrate 1, in which a macroporous layer 33 was etched within an unetched remaining frame-like edge region 3.
  • a trench 47 is introduced in the vicinity of the edge region 3 with the aid of a laser or a chip saw.
  • the depth of the trench 47 corresponds approximately to the thickness of the macroporous layer 33, so that it can then be easily separated from the semiconductor substrate 1.
  • the figure shows an oblique view of a fracture of a macroporous sample with regularly arranged pores, wherein on a surface of a
  • Starting substrate serving silicon wafer before etching a checkered pattern was defined by photolithography.
  • FIG. 6 shows an electron micrograph of a single, detached macroporous layer 33, as it can subsequently serve as a semiconductor layer substrate for further processing into a thin solar cell.
  • the macroporous structure with pores of a magnitude a few ⁇ is easy to recognize.
  • the surface of the macroporous layer due to the distributed pores on a certain surface texture, which in the
  • a p-type contact is required at least locally to produce a solar cell on one of the two sides
  • the phosphorus diffusion can be contacted with a conductive transparent oxide or with a metal.
  • the surface treatment is a deposit of an Al 2 O 3 layer, then, due to electrical charges integrated in the Al 2 O 3 layer, a current-collecting induced pn junction is formed which has a tunnel contact or a local P-type
  • Diffusion can be contacted.
  • contact with the n-type macroporous silicon must then be generated on one of the two sides. This can be z. B. done by laser doping an n-type layer on parts of a page. It is a fundamental problem in unilateral macroporous processing
  • the surface-treated macroporous semiconductor layer substrates are released from the frame-like edge region, to use a deposition process which takes place at a low pressure of, for example, less than 100 Pa.
  • the deposition pressure prevents one
  • One such conceivable process is the deposition of an aluminum layer. This generates at high temperature in the so-called fire step, a p-type region, which can be used as an emitter.
  • the aluminum layer on the upper side of the uppermost porous layer also stabilizes them mechanically, which facilitates a homogeneous detachment of large layers.
  • the aluminum layer can also be applied by means of a screen printing process, the subsequent process steps do not change as a result.
  • one-sided processing is also more viscous by applying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten zum Herstellen von Solarzellen beschrieben, bei dem in einem bereitgestellten Halbleitersubstrat (1) abwechselnd niedrig-makroporöse Schichten (33, 37) und freigeätzte Schichten (35, 39) durch elektrochemisches Ätzen ausgebildet werden können. Die freigeätzten Schichten (35, 39) trennen benachbarte makroporöse Schichten (33, 37), sodass diese vorzugsweise freitragend ausgebildet sind. Dabei wird ein Randbereich (3) des Halbleitersubstrates (1), der die makroporösen Schichten (33, 37) zumindest teilweise umgibt, ungeätzt belassen und dient somit zur mechanischen Stabilisierung der mit ihm verbundenen, eingeschlossenen, niedrig-makroporösen Schichten (33, 37). Der derart entstandene Mehrfachschichtenstapel kann anschließend in einem gemeinsamen Fluidverfahrensschritt als Gesamtheit weiteren Prozessierungsschritten unterzogen werden, beispielsweise mit einem passivierenden Oxid beschichtet werden. Anschließend können die makroporösen Schichten nacheinander von dem stabilisierenden Randbereich (3) des Halbleitersubstrats getrennt werden, wobei eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht (33) und dem nicht-porösen Randbereich (3) unterbrochen wird. Vor dem Abreißen der jeweils obersten Schicht können einseitig wirkende Prozesse angewendet werden. Mit wenigen Prozessschritten lassen sich so eine Vielzahl von dünnen Halbleiterschichtsubstraten in Form von makroporösen Schichten (33, 37) einschließlich einer guten Oberflächenpassivierung sowie einer reflexionsmindernden Oberflächentextur bilden.

Description

Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten zum Herstellen von
Solarzellen
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines oder mehrerer dünner
Halbleiterschichtsubstrate, auf Basis derer Solarzellen gefertigt werden können. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, bei dem ein oder mehrere dünne Halbleiterschichtsubstrate ausgebildet und zu Solarzellen weiterprozessiert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Für die Herstellung von Solarzellen werden kostengünstige und qualitativ hochwertige Halbleitersubstrate benötigt.
Nachfolgend werden sowohl der technologische Hintergrund als auch mögliche Merkmale und Vorteile der Erfindung am Beispiel der Bildung eines Halbleitersubstrates im Rahmen der Herstellung einer Silizium-Solarzelle beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindungsgedanken nicht nur auf Silizium als Halbleitermaterial anwendbar sein sollen, sondern generell auch auf andere Halbleitermaterialien übertragen werden können. Die gebildeten Halbleiterschichtsubstrate können besonders vorteilhaft zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden, da bei der großindustriellen Herstellung von Solarzellen sehr viele Halbleitersubstrate benötigt werden und beispielsweise eine Materialeinsparung durch Bereitstellung dünnerer Substrate zu einer erheblichen Kostenreduktion führen kann.
Halbleitersubstrate, mit denen Solarzellen hergestellt werden, werden herkömmlich häufig in Form von Halbleiterwafem bereitgestellt. Solche Wafer weisen meist eine Dicke von 100-500 μιη auf und werden herkömmlich durch Zersägen eines Halbleitermaterialblocks,
beispielsweise eines Siliziumeinkristalls, in dünne Scheiben hergestellt.
Um die Kosten bei der Herstellung von Solarzellen senken zu können, kann es vorteilhaft sein, Halbleitersubstrate mit einer geringeren Dicke, beispielsweise weniger als 100 μιη und vorzugsweise weniger als 50 μιη bereitzustellen.
Im Stand der Technik sind Verfahren zum Herstellen von Solarzellen auf Basis von kristallinem Silizium bekannt, bei denen auf einem Siliziumsubstrat zunächst eine poröse Siliziumschicht erzeugt wird und anschließend über der porösen Siliziumschicht eine weitere Schicht aus Silizium abgeschieden wird, beispielsweise epitaktisch. Diese weitere Schicht kann anschließend von dem Siliziumsubstrat abgetrennt werden, wobei die zuvor erzeugte poröse Schicht als Sollbruchstelle dient. Die abgetrennte Schicht kann beispielsweise mit einer Dicke von wenigen μιη ausgebildet werden und anschließend als Dünnschichtsubstrat für eine Solarzelle dienen, wobei in den nachfolgenden Schritten wesentliche Komponenten der Solarzelle, wie beispielsweise deren Emitter und/oder deren Kontaktmetallisierung, ausgebildet werden können.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise in einem Artikel von R. Brendel in Solar Energy, 77, 2004, 969-982 sowie in DE 197 30 975 AI bzw. US 6 645 833 beschrieben. Es nutzt die Tatsache, dass die auf die poröse Schicht aufgebrachte Siliziumdünnschicht vorzugsweise mit der gleichen Kristallstruktur aufwächst, wie das darunter angrenzende Siliziumsubstrat. Wenn das Siliziumsubstrat beispielsweise ein qualitativ hochwertiger einkristalliner Wafer ist, kann auf diese Weise eine qualitativ hochwertige Siliziumdünnschicht erzeugt werden, die dann als Substrat für Solarzellen mit hohem Wirkungsgradpotenzial verwendet werden kann.
Aus der DE 42 02 455 Cl ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einer Substratscheibe bekannt. Dabei wird eine freitragende Halbleiterschicht durch
elektrochemisches Ätzen aus einem einkristallinen Siliziumwafer abgelöst. Hierzu werden in dem Siliziumwafer mit Hilfe eines fluorhaltigen, sauren Elektrolyten Löcher gebildet und bei Erreichen einer Tiefe der Löcher, die im Wesentlichen der Dicke der zu bildenden
freitragenden Halbleiterschicht entspricht, werden Prozessparameter der Ätzung so geändert, dass sich die freitragende Halbleiterschicht durch Zusammenwachsen der Löcher selbständig ablöst.
Es wurde jedoch beobachtet, dass bei den beschriebenen, herkömmlichen Verfahren zur Bildung von dünnen Halbleiterschichtsubstraten ein erheblicher Kosten- und Arbeitsaufwand erbracht werden muss, um eine einzelne Halbleiterdünnschicht durch elektrochemisches Erzeugen einer porösen Halbleiterschicht und anschließendes Ablösen der Halbleiterschicht zu erzeugen. Außerdem hat sich herausgestellt, dass eine Handhabung einer dünnen, freitragenden, porösen Halbleiterschicht sowie die Weiterverarbeitung einer solchen
Halbleiterschicht, um letztendlich eine Solarzelle daraus herzustellen, schwierig sein können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es kann ein Bedarf an einem Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten, die anschließend als Substrate bei der Fertigung von Solarzellen dienen können, und an einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bestehen, bei denen die oben genannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden. Insbesondere kann ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bestehen, bei dem dünne, vorzugsweise einkristalline Halbleiterschichten in einfacher Weise als Substrat für die Solarzelle erzeugt werden, wobei solche Substrate vorzugsweise sowohl eine ausreichend hohe elektronische Qualität als auch eine z.B. für eine Oberfläche von Solarzellen wünschenswerte Oberflächentextur aufweisen sollten, und wobei auf Basis solcher Substrate in einfacher und kostengünstiger Weise Solarzellen, gefertigt werden können.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines oder mehrerer dünner Halbleiterschichtsubstrate für eine Solarzellenfertigung vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
(a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates;
(bl) Ausbilden einer oberen makroporösen Schicht an einer Teiloberfläche des
Halbleitersubstrates;
(cl) Ausbilden einer freigeätzten Schicht unterhalb der makroporösen Schicht;
wobei die makroporöse Schicht und die freigeätzte Schicht jeweils durch
elektrochemisches Ätzen der Teiloberfläche des Halbleitersubstrates in einer
Ätzlösung ausgebildet werden;
wobei ein die Teiloberfläche zumindest teilweise umgebender Randbereich des Halbleitersubstrates ungeätzt bleibt, um einen stabilisierenden, nicht-porösen
Randbereich zu bilden;
optional: (b2) Ausbilden einer weiteren makroporösen Schicht unterhalb der zuvor ausgebildeten freigeätzen Schicht;
optional: (c2) Ausbilden einer weiteren freigeätzten Schicht unterhalb der zuvor
ausgebildeten makroporösen Schicht; und
(d) Unterziehen des gesamten Halbleitersubstrats einschließlich der darin ausgebildeten makroporösen und freigeätzten Schichten wenigstens einem Fluid- Verfahrensschritt, bei dem ein Fluid auf die Halbleitersubstratoberfläche einwirkt; (el) mechanisches Abtrennen der oberen makroporösen Schicht von dem
Halbleitersubstrat, wobei eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht und dem nicht-porösen Randbereich unterbrochen wird; und
optional: (e2) mechanisches Abtrennen der weiteren makroporösen Schicht von dem
Halbleitersubstrat, vorzugsweise nachdem die obere makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat abgetrennt wurde.
Die optionalen Schritte (b2), (c2) und (e2) können hierbei mehrfach wiederholt werden.
Die vorliegende Erfindung kann als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden.
In einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise einem Wafer aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial können nacheinander abwechselnd makroporöse Schichten und freigeätzte Schichten durch elektrochemisches Ätzen ausgebildet werden. Hierzu kann eine
Teiloberfläche des Halbleitersubstrates einer beispielsweise flusssäurehaltigen Ätzlösung ausgesetzt werden. Die Ätzlösung ätzt sich sukzessive in das Halbleitersubstrat hinein. Je nach dem, wie entsprechende Einflussparameter wie z.B. eine angelegte Spannung oder eine Beleuchtung des Halbleitersubstrates gewählt werden, werden durch den Ätzvorgang Schichten unterschiedlicher Porosität erzeugt. Zur Erzeugung der makroporösen Schicht(en) können die Einflussparameter derart gewählt werden, dass eine Schicht relativ geringer Porosität von beispielsweise weniger als 40 % erzeugt wird. Anschließend werden die Einflussparameter derart geändert, dass eine freigeätzte Schicht entsteht, d.h., eine Schicht, bei der die durch das Ätzen entstehenden Poren ineinander übergehen, so dass es zu einer „Porosität" von 100 %, d.h. einer Schicht, in der das Halbleitermaterial vollständig weggeätzt wurde, kommt. Nach dem Ätzen der freigeätzten Schicht können die Einflussparameter wieder entsprechend geändert werden, um eine weitere makroporöse Schicht unterhalb der freigeätzten Schicht zu erzeugen, usw. Auf diese Weise kann ein Stapel mit einer
Schichtenfolge aus makroporösen Schichten und benachbarte makroporöse Schichten von einander trennenden freigeätzten Schichten erzeugt werden.
Um zu verhindern, dass die benachbarten makroporösen Schichten sich bereits während des Ätzvorgangs voneinander bzw. von dem Substrat abtrennen, kann z.B. nicht die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrates der Ätzlösung ausgesetzt werden, sondern nur eine oder mehrere Teiloberflächen. In einem an diese Teiloberflächen angrenzenden Randbereich des Halbleitersubstrates wird dieses z.B. gegen die Ätzlösung geschützt, so dass der Randbereich ungeätzt bleibt und somit keine Porosität aufweist. Alternativ kann ein Ätzen im Randbereich auch dadurch verhindert werden, dass dieser während des Ätzvorganges gezielt nicht beleuchtet wird. Der ungeätzte Randbereich kann die geätzte Teiloberfläche teilweise oder vollständig wie ein Rahmen umgeben und beispielsweise eine Breite von 0,3 bis 5 mm aufweisen. Daher kann der Randbereich die mit ihm in mechanischer Verbindung stehenden makroporösen Schichten sowohl während des Ätzens als auch während nachfolgender Verfahrensschritte halten und stabilisieren.
Die von dem Randbereich zusammengehaltenen makroporösen Schichten können
anschließend alle gemeinsam weiteren Verfahrensschritten unterzogen werden. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die makroporösen Schichten in diesem Verfahrensstadium noch alle durch den ungeätzten Rand gehalten und somit stabilisiert werden, was eine Handhabung erheblich erleichtern kann. Beispielsweise kann in einem oder mehreren gemeinsamen Fluid- Verfahrensschritten ausgenutzt werden, dass ein Fluid ausreichend geringer Viskosität durch alle porösen Schichten hindurchdringen kann und somit die gesamte Oberfläche aller porösen Schichten erreichen kann. Beispielsweise kann mit Hilfe von heißen Gasen eine oder mehrere Dielektrikumschichten auf der Oberfläche der makroporösen Schichten erzeugt werden und somit die Oberfläche effektiv passiviert werden. Alternativ kann in einem einzigen
Verfahrensschritt durch Einströmen von heißen, mit Dotierstoffen beladenen Gasen eine dotierte Schicht, beispielsweise in Form eines Emitters, entlang der gesamten Oberfläche aller poröser Schichten erzeugt werden. Nachfolgend können die einzelnen makroporösen Schichten vorzugsweise nacheinander von dem Halbleitersubstrat mechanisch abgetrennt werden, indem eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht und dem nicht-porösen Randbereich unterbrochen wird. Jeweils bevor eine oberste makroporöse Schicht abgelöst wird, kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem Prozessparameter derart gewählt werden, dass nur die außenliegende Oberfläche der obersten makroporösen Schicht behandelt wird, nicht jedoch die Poren oder die gegenüberliegende Oberfläche. Auf diese Weise können einzelne makroporöse Schichten einseitig behandelt werden. Beispielsweise kann eine zur elektrischen Kontaktierung dienende Metallschicht einseitig aufgebracht werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren können mit einfachen Prozessierungsschritten, die nur wenig Prozessierungsaufwand mit sich bringen und gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden können, vorzugsweise eine Vielzahl von dünnen Halbleiterschichtsubstraten aus ursprünglich einem einzigen Halbleitersubstrat erzeugt werden. Jedes einzelne dieser Halbleiterschichtsubstrate kann aus einer der makroporösen Schichten bestehen. Solche Halbleiterschichtsubstrate können insbesondere aufgrund der Porosität dieser Schichten eine gewünschte Oberflächentexturierung aufweisen, ohne dass hierzu zusätzliche Arbeitsschritte notwendig wären. Die Qualität des Halbleitermaterials entspricht dabei im Wesentlichen der Qualität des als Ausgangsprodukt verwendeten Halbleitersubstrates, d.h. wenn ein hochqualitatives Halbleitersubstrat beispielsweise in Form eines einkristallinen Siliziumwafers verwendet wird, werden auch die erzeugten Halbleiterschichtsubstrate eine hohe
Materialqualität und insbesondere eine einkristalline Struktur aufweisen.
Mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden im Anschluss detaillierter beschrieben:
Bei dem bereitgestellten Halbleitersubstrat (Prozessschritt (a)) kann es sich um ein Substrat aus einem beliebigen Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium (Si), Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), etc. handeln. Das Halbleitersubstrat kann in Form eines Wafers bereitgestellt werden und kann eine erhebliche Dicke von mehreren 100 μιη aufweisen. Es werden insbesondere Halbleitersubstrate aus einem Halbleitermaterial hoher elektronischer Qualität wie zum Beispiel ein einkristalliner Siliziumwafer bevorzugt. Wie weiter unten noch detaillierter erklärt werden wird, hat sich herausgestellt, dass das Verfahren sich insbesondere auf Halb leitersubstraten vom n-Halbleitertyp vorteilhaft realisieren lässt.
Anschließend werden in das Halbleitersubstrat eine makroporöse Schicht und eine freigeätzte Schicht oder, alternativ, mehrfach abwechselnd makroporöse und freigeätzte Schichten eingeätzt (Prozessschritte (bl, b2, ...) und (cl, c2, ...)). Vorzugsweise wird mit dem Ausbilden einer oberen makroporösen Schicht an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats begonnen und anschließend unterhalb dieser makroporösen Schicht eine freigeätzte Schicht eingeätzt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„oberhalb" und„unterhalb" nicht
einschränkend auszulegen sind und insbesondere keine geometrische Richtung, sondern vielmehr eine Reihenfolge der Ausbildung der einzelnen porösen Schichten beschreiben sollen, wobei davon ausgegangen wird, dass die porösen bzw. freigeätzten Schichten sukzessive von oben nach unten in das Halbleitersubstrat eingebracht werden. Bei der realen Prozessierung kann die Ätzrichtung durchaus anders sein, beispielsweise von unten nach oben oder von links nach rechts.
Die makroporösen Schichten weisen eine Porosität von weniger als 60%, stärker bevorzugt weniger als 30%> und weiter bevorzugt weniger als 10%> auf. Unter der Porosität einer Schicht soll dabei ein Verhältnis des aufsummierten Volumens aller Poren innerhalb einer Schicht zu einem Gesamtvolumen der Schicht verstanden werden. Mit anderen Worten ist die Porosität einer Schicht umso größer, je mehr Poren darin enthalten sind und je größer die Poren sind. Eine freigeätzte Schicht kann eine Porosität von im Wesentlichen 100% aufweisen. Die porösen Schichten werden in dem Halbleitersubstrat durch elektrochemisches Ätzen erzeugt, beispielsweise indem eine Teiloberfiäche des Halbleitersubstrates mit einer
Ätzlösung in Kontakt gebracht wird und gleichzeitig eine elektrische Spannung zwischen der Substratoberfläche und der Ätzlösung angelegt wird. Mit anderen Worten liegen die
Oberfläche des Halbleitersubstrates und die Ätzlösung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Bei geeigneter Polung der angelegten Spannung kann es zu einer
elektrochemischen Reaktion kommen, die zu einem Ätzen der Substratoberfiäche insbesondere lokal an Nukleationszentren führen kann. Bei der elektrochemischen Reaktion kann es zu einem lokalen Aufoxidieren der Substratoberfläche und zu einem quasigleichzeitigen Wegätzen der aufoxidierten Substratoberfläche durch die benetzende
Ätzlösung kommen. Da dieser Vorgang generell nicht homogen abläuft, sondern sich auf Nukleationskeime konzentriert, kann es zu einem inhomogenen Ätzen der Substratoberfiäche kommen, bei dem Kanäle weitgehend senkrecht zur Substratoberfiäche in das Substrat eingeätzt werden, wodurch eine poröse Schicht gebildet werden kann.
Beim Erzeugen der ersten makroporösen Schicht kann eine Nukleationsphase zur Bildung von Ätzkeimen nötig sein, beispielsweise indem Ätzkeime fotolithographisch vordefiniert werden. Beim Ätzen einer nachfolgenden makroporösen Schicht können durch den letzten Ätzvorgang bereits Nukleationskeime auf der Oberfläche vorhanden sein, sodass der Aufwand für die Bildung von Ätzkeimen daher bei nachfolgenden Ätzvorgängen eingespart werden kann.
Es wurde beobachtet, dass eine Stärke des elektrochemischen Ätzvorgangs insbesondere davon abhängen kann, wie viele positive Ladungsträger (auch als„Löcher" oder freie Zustände im Valenzband des Halbleitermaterials bezeichnet) an der Substratoberfiäche zur Verfügung stehen. Bei p-Typ-Halbleitersubstraten sind die Löcher die
Majoritätsladungsträger und eine Ätzaktivität hängt während des elektrochemischen Ätzens hauptsächlich von der aus der Ätzlösung zur Verfügung stehenden Fluorionenenkonzentration und der angelegten elektrischen Spannung ab. Bei einem n-Typ-Halbleitersubstrat sind die Löcher hingegen die Minoritätsladungsträger. Bei einem solchen n-Typ-Substrat kann die Menge der für einen elektrochemischen Ätzvorgang zur Verfügung stehenden Löcher stark durch ein Beleuchten des Halbleitersubstrats und die damit einhergehende Generation von Ladungsträgerpaaren (Elektronen und Löcher) beeinflusst werden. Mit anderen Worten lässt sich beim elektrochemischen Ätzen poröser Schichten in n-Typ-Substraten die Porosität neben der angelegten elektrischen Spannung wesentlich durch die Intensität einer gleichzeitig erfolgenden Beleuchtung steuern. Es wurde beobachtet, dass es bei n-Typ-Substraten notwendig sein kann, während des Ätzens gleichzeitig zu beleuchten, um poröse Schichten mit einer makroporösen Struktur erzeugen zu können.
Zum alternierenden Ausbilden von makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten können somit die ein elektrochemisches Ätzen beeinflussenden Parameter abwechselnd so eingestellt werden, dass es zur Bildung einer makroporösen Schicht und zur Bildung einer freigeätzten Schicht kommt.
Beispielsweise kann bei einem n-Typ-Halbleitersubstrat durch Beleuchtung mit niedriger Lichtintensität ein geringer Ätzstrom und somit eine geringe Porosität bewirkt werden, so dass nur kleine Poren gebildet werden, wohingegen zur anschließenden Bildung der freigeätzten Schicht das Halbleitersubstrat mit einer höheren Lichtintensität beleuchtet wird, so dass es zu einem höheren Porosität und somit zur Bildung größerer Poren kommt, die letztendlich in einander übergehen und somit die freigeätzte Schicht bilden. Da sich die Poren z. B. bei einem Siliziumwafer der 100-Kristallrichtung stets bevorzugt senkrecht zur
Oberfläche des Halbleitersubstrates ausbilden, kann auf diese Weise eine Sequenz von abwechselnd ausgebildeten makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten erzeugt werden. Für die Erfindung ist es aber nicht wesentlich, dass die Porenbildung senkrecht zur Waferoberfläche erfolgt. Vorzugsweise werden während des elektrochemischen Ätzens Einflussparameter, die die Stärke und Geschwindigkeit des elektrochemischen Ätzvorgangs beeinflussen, wie zum Beispiel eine zwischen dem Halbleitersubstrat und der Ätzlösung anliegende Spannung, eine Beleuchtung des Halbleitersubstrates, ein Halbleitertyp und eine Dotierungskonzentration innerhalb des Halbleitersubstrates, eine Konzentration ätzender Substanzen wie zum Beispiel Flusssäure (HF) innerhalb der Ätzlösung und/oder eine Temperatur der Ätzlösung, derart gewählt, dass die makroporöse Schicht mit einer makroporösen Struktur ausgebildet wird. Unter einer makroporösen Struktur wird dabei nach IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) eine Schicht mit einer durchschnittlichen Porengröße von mehr als 50 nm verstanden. Für die Herstellung von Solarzellen kann es vorteilhaft sein, die makroporösen Substrate mit Poren auszubilden, deren Größe im Bereich von Ιμιη bis 5μιη liegt. Eine grobe makroporöse Struktur in der makroporösen Schicht kann im Vergleich zu einer mesoporösen Struktur mit gleicher Porosität den Vorteil einer kleineren Oberfläche und somit einer geringeren Oberflächenrekombination aufzuweisen.
Vorzugsweise ist der Ätzlösung ein Benetzungsmittel beigefügt. Dieses Benetzungsmittel kann bewirken, dass die eigentlichen ätzenden Substanzen der Ätzlösung die Oberfläche des Halbleitersubstrates während des Ätzvorgangs gleichmäßig benetzen können. Dies kann insbesondere in den ausgedehnten Kanälen innerhalb der porösen Schichten von Vorteil sein. Es wurde auch beobachtet, dass manche Benetzungsmittel die Viskosität der Ätzlösung herabsetzen können und somit ein Eindringen bzw. ein Zirkulieren von Ätzlösung in bereits zuvor geätzten porösen Schichten erleichtern können. Außerdem können sich Gasbläschen, die sich während des Ätzvorgangs bilden können, aufgrund des Benetzungsmittels einfach von der Oberfläche des Halbleitersubstrats lösen. Als Benetzungsmittel kann beispielsweise Ethanol (C2H60) oder Essigsäure (CH2H402) verwendet werden.
Vorzugsweise können Einflussparameter während des elektrochemischen Ätzens der mehreren porösen Schichten derart angepasst werden, dass die Porenstruktur und/oder die Schichtdicke der nacheinander gebildeten makroporösen Schichten im Wesentlichen gleich bleiben. Da sich die Zusammensetzung der Ätzlösung im Verlauf des Ätzvorgangs ändern kann und da insbesondere die Zirkulation von Ätzlösung innerhalb von Poren bereits geätzter poröser Schichten eingeschränkt sein kann und daher der Austausch von Ätzlösung tiefer im Inneren bereits geätzter poröser Schichten begrenzt sein kann, kann es während des sukzessiven Ausbildens der verschiedenen porösen Schichten notwendig sein, die
Ätzparameter, insbesondere die Intensität der Beleuchtung des Substrates während des Ätzens, derart anzupassen, dass die Ätzraten und somit die resultierenden Ätzstrukturen im Wesentlichen unverändert bleiben. Damit kann erreicht werden, dass die makroporösen Schichten, die später nach dem mechanischen Abtrennen die gewünschten dünnen
Halbleiterschichtsubstrate bilden sollen, alle im Wesentlichen gleiche mechanische und elektronische Eigenschaften aufweisen.
Die Dauer des Ätzvorgangs wird unter Berücksichtigung der aktuell eingestellten Ätzrate vorzugsweise so gewählt, dass die makroporösen Schichten mit einer Schichtdicke von 5 - 100 μιη, vorzugsweise 10 - 30 μιη gebildet werden, wohingegen die freitragenden Schichten lediglich mit einer Dicke von 0,5 μιη - 20 μιη, vorzugsweise 1 μιη - 5 μιη, ausgebildet werden.
Neben der Möglichkeit, eine Vielzahl von dünnen Halbleiterschichtsubstraten in Form von nacheinander abgetrennten makroporösen Schichten aus einem einzigen Halbleitersubstrat und mit Hilfe eines zusammenhängenden elektrochemischen Ätzvorganges mit variierenden Ätzparametern erhalten zu können, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren auch, die Vielzahl von makroporösen Schichten vor dem mechanischen Trennen der einzelnen makroporösen Schichten einem gemeinsamen Verfahrensschritt zu unterziehen. Hierbei kann es insbesondere von Interesse sein, die bereits ausgebildeten porösen Schichten noch vor deren mechanischem Trennen einem oder mehreren Fluid- Verfahrensschritten zu unterziehen. Unter einem Fluid- Verfahrensschritt wird hierbei ein Verfahrensschritt verstanden, bei dem ein Fluid wie zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit auf die Oberfläche des
Halbleitersubstrates, das heißt insbesondere auf die außen liegenden und innen liegenden Oberflächen der porösen Schichten, einwirken kann. Durch einen solchen Fluid- Verfahrensschritt kann beispielsweise die gesamte Oberfläche der porösen Schichten mit einer zusätzlichen Schicht beschichtet werden.
Beispielsweise kann in einem solchen Fluid- Verfahrensschritt eine dielektrische Schicht auf den Oberflächen der makroporösen Schichten und der freigeätzten Schichten ausgebildet werden. Die dielektrische Schicht kann insbesondere zur Passivierung der Oberflächen dienen.
In einer konkreten Ausgestaltung kann das Halbleitersubstrat mit den zuvor darin
ausgebildeten makroporösen und freigeätzten Schichten einem Hochtemperaturprozessschritt unterzogen werden, bei dem bei Temperaturen von oberhalb 450 °C, vorzugsweise von oberhalb 700 °C, beispielsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre eine
Siliziumdioxidschicht (Si02) an den Oberflächen der porösen Schichten homogen aufwächst. Eine solche Siliziumdioxidschicht kann bereits bei geringen Schichtdicken von weniger als 10 nm zu einer effektiven Oberflächenpassivierung der porösen Schichten führen.
Alternativ kann durch den Fluid- Verfahrensschritt auch beispielsweise eine
Siliziumnitridschicht oder eine Aluminiumoxidschicht zur Passivierung der Oberfläche abgeschieden werden. Eine Aluminiumoxidschicht kann beispielsweise mit Hilfe eines Atomlagendepositionsverfahrens (ALD-Verfahren) bei Abscheidungstemperaturen von unter 500 °C, vorzugsweise unter 250 °C abgeschieden werden. Als weitere Alternative kann im Rahmen eines Gasphasendiffusionsschrittes eine oberflächennahe Schicht mit Dotanden wie zum Beispiel Phosphor oder Bor dotiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise jeweils vor dem Auslösen einer oder mehrerer makroporöser Schichten aus dem
rahmenartigen Randbereich eine Dünnschicht nur auf außen liegende Bereiche der jeweils obersten makroporösen Schicht durch einen Gasabscheidungsprozess wie z.B. einen
Plasmaabscheidungsprozess und/oder einen Sputterabscheidungsprozess aufgebracht.
Beispielsweise kann eine dünne Aluminiumschicht, die als Metallkontakt für eine Solarzelle dienen kann, aufgesputtert werden oder eine dünne Siliziumnitridschicht, die als Barriere während einer nachfolgenden Diffusion oder einem nasschemischen Prozess dienen kann, kann mit Hilfe eines Plasmaabscheidungsprozesses wie zum Beispiel PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) abgeschieden werden.
Sowohl bei Plasmaabscheidungsprozessen als auch bei Sputterabscheidungsprozessen können sich Partikel aus einer Gasphase an einer zu beschichtenden Oberfläche abscheiden. Eine Schwierigkeit bei der Beschichtung von porösen Schichten kann darin bestehen, dass die Schichten von den Poren durchlöchert sind. Da Solarzellen in der Regel nur selten beidseitig sondern oft auch nur auf einer Seite prozessiert werden sollen, muss in diesem Fall dafür Sorge getragen werden, dass die andere Seite der Zelle tatsächlich unprozessiert bleibt. Um dies zu erreichen, kann während des Gasabscheidungsprozesses ein Gasdruck ausreichend niedrig gewählt werden, so dass ein Abscheiden einer Dünnschicht auf innen liegenden Oberflächen des porösen Halbleiterschichtsubstrates weitgehend vermieden wird. Mit anderen Worten kann ein Gasdruck so niedrig gewählt werden, dass die freien Weglängen von Partikeln innerhalb des Gases so groß sind, dass die Partikel im Wesentlichen nicht mehr in die Poren der porösen Schicht eindringen können, sondern es lediglich zu einer Beschichtung der außen liegenden Bereiche der porösen Schicht kommt, innen liegende Bereiche der porösen Schicht jedoch weitgehend unbeschichtet bleiben. Alternativ kann eine Behandlung mit einer viskosen Flüssigkeit erfolgen, die nicht in die Poren eindringen kann. Dann wird die poröse Schicht nur einseitig behandelt. Um eine außenliegende makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat mechanisch abzutrennen, kann beispielsweise eine mechanische Kraft direkt auf die makroporöse Schicht ausgeübt werden. Beispielsweise kann die makroporöse Schicht mit einem Vakuumsauger gegriffen werden und durch geeignetes Bewegen des Vakuumsaugers relativ zu dem
Halbleitersubstrat aus dem Halbleitersubstrat herausgebrochen werden. Dabei kann die Geometrie des Vakuumsaugers sowie die Bewegung des Vakuumsaugers derart angepasst werden, dass die makroporöse Schicht an einem Übergang zum stabilisierenden, nicht- geätzten Randbereich bricht. Auf diese Weise können die zuvor erzeugten, übereinander gestapelten makroporösen Schichten nacheinander, jede für sich, mit dem Vakuumsauger gegriffen, herausgebrochen und nachfolgenden Verarbeitungsschritten zugeführt werden.
Um das Abtrennen einer außenliegenden makroporösen Schicht von dem Halbleitersubstrat zu unterstützen, kann in einem Umfangsbereich der makroporösen Schicht ein Graben eingebracht werden. Der Graben kann beispielsweise mit Hilfe eines Lasers oder einer mechanischen Chipsäge erzeugt werden. Die Tiefe des Grabens kann in etwa der Dicke der herauszutrennenden makroporösen Schicht entsprechen bzw. kleiner als diese sein, damit die makroporöse Schicht in kontrollierter Weise ausgelöst werden kann. Der Graben kann in einem gesamten Umfangsbereich oder in Teilen eines Umfangsbereichs der makroporösen Schicht eingebracht werden, d.h., z.B. dort, wo die makroporöse Schicht lateral an den benachbarten, stabilisierenden Randbereich angrenzt.
Alternativ kann eine außenliegende makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat dadurch mechanisch abgetrennt werden, das ein Trägersubstrat an die außenliegende makroporöse Schicht angehaftet wird und das Trägersubstrat mit der daran anhaftenden außenliegenden makroporösen Schicht dann von dem Halbleitersubstrat abgerissen wird. Zu diesem Zweck kann ein Verfahren, wie es beispielsweise bei der Modulverkapselung eingesetzt wird, oder ein Sol-Gel- Verfahren verwendet werden. Vorzugsweise kann als Trägersubstrat eine flexible Folie, beispielsweise eine Aluminiumfolie, eingesetzt werden. Die Folie kann dann mitsamt der daran anhaftenden außen liegenden makroporösen Schicht durch abrollendes Abziehen von der
darunterliegenden Schicht abgerissen werden. Dadurch kann der mechanische Stress in der jeweils obersten, an der Folie anhaftenden makroporösen Schicht und der daran angrenzenden hoch-porösen Schicht konzentriert werden und das schichtweise Ablösen der makroporösen Schichten kann erleichtert werden. Das Anheften der flexiblen Folie kann durch z.B. Heizen in einem Ofen oder durch Laserbestrahlung erfolgen. Nach dem Heizen kann das Silicium mit Atomen aus der Folie dotiert sein, wodurch es möglich ist die Herstellung des pn-Übergangs mit dem Anheften der Folie zu verbinden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen einer Solarzelle vorgeschlagen. Das Verfahren weist hierbei neben möglicherweise weiteren Prozessschritten folgende Prozessschritte auf: (i) Bilden eines dünnen
Halbleitersubstrates mittels des oben beschriebenen Verfahrens; (ii) Ausbilden von dotierten Bereichen in dem Halbleiterschichtsubstrat; und (iii) Ausbilden von elektrischen Kontakten an Oberflächenbereichen des Halbleiterschichtsubstrates.
Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung teilweise in Bezug auf das Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten, wie sie bei einem Herstellungsverfahren für Solarzellen eingesetzt werden können, teilweise in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle und teilweise auch in Bezug auf die hergestellten Halbleiterdünnschichtsubstrate bzw. Solarzellen beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden können und dass die beschriebenen Verfahrensmerkmale entsprechende strukturelle Merkmale bei den hergestellten Halbleiterdünnschichtsubstraten bzw. Halbleiterbauelementen bedingen können bzw. umgekehrt. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere mögliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, mit der das Verfahren zum Bilden von
Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnung, mit der das Verfahren zum Bilden von
Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden kann.
Fig. 3 veranschaulicht eine Sequenz von Schritten eines Verfahrens zum Bilden von
Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat, in dem eine von einem Randbereich umgebene makroporöse Schicht mittels eines Verfahrens gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde.
Fig. 5 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme einer porösen Siliziumschichtstruktur, die mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung herstellbar ist und bei der die einzelnen Schichten voneinander durch zwischenliegende freigeätzte Schichten getrennt sind. Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Elektronenmikroskopaufnahme eines Siliziumschichtsubstrates, das mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wurde.
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder ähnliche Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zunächst werden anhand der Fig. 1 und 2 Vorrichtungen vorgestellt, mit denen
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bilden von
Halbleiterdünnschichtsubstraten durchgeführt werden können.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung lagert ein Halbleitersubstrat 1 horizontal auf einer Elektrode 9. Die Elektrode 9 weist eine Plexiglasplatte auf, über die dünne Platindrähte gespannt sind. Somit ist die Elektrode 9 weitgehend transparent. In einem nach oben und unten offenen Gefäß 15 ist eine l-5%ige Flusssäure-Ätzlösung 7 eingefüllt. Durch einen abdichtenden O-Ring 17, der zwischen dem Boden des Gefäßes 15 und dem
Halbleitersubstrat 1 angeordnet ist, wird ein Austreten der Ätzlösung 7 verhindert. Außerdem verhindert der O-Ring 17, dass Ätzlösung 7 in Kontakt mit einem Randbereich 3 des Halbleitersubstrates gelangt. Eine zweite Elektrode 11 ist in die Ätzlösung 7 eingetaucht. Die beiden Elektroden 9, 11 sind mit einer Steuerung 13 verbunden, wobei die Steuerung 13 eine zwischen den Elektroden 9, 11 anliegende Spannung variieren kann. Unter dem Gefäß 15 ist eine Lampe 19 angeordnet, um das Halbleitersubstrat 1 durch die weitgehend transparente erste Elektrode 9 hindurch von hinten zu beleuchten. Die Lampe 19 ist ebenfalls mit der Steuerung 13 verbunden, wobei die Steuerung 13 dazu ausgelegt ist, die Helligkeit bzw. die abgestrahlte Lichtintensität der Lampe 19 zu variieren.
Bei der in Fig. 2 gezeigten alternativen Vorrichtung befindet sich in einem Gefäß 15 eine Flusssäure-haltige Ätzlösung 7. Ein Halbleitersubstrat 1 lagert vertikal an einer ersten Elektrode 9. Sowohl die erste Elektrode 9 wie auch eine zweite Platinelektrode 11 sind in die Ätzlösung 7 eingetaucht. Beide Elektroden 9, 11 sind wiederum mit einer
spannungsversorgenden Steuerung 13 verbunden. Ein Tunnel 21 dient zur Homogenisierung des zwischen den beiden Elektroden 9, 11 verlaufenden elektrischen Feldes. Eine Lampe 19 dient zur Beleuchtung des Halbleitersubstrates 1 von hinten durch die weitgehend
transparente erste Elektrode 9 hindurch und kann mit Hilfe der Steuerung 13 in ihrer
Helligkeit variiert werden. Ein Randbereich 3 des Halbleitersubstrates 1 wurde vor dem Eintauchen in die Ätzlösung 7 mit einer Lackschicht 5 geschützt und auf diese Weise verhindert, dass die Ätzlösung 7 in Kontakt mit dem Randbereich 3 kommt.
Anhand von Fig. 3 sollen Verfahrensschritte (a) bis (e) eines Verfahrens zum Bilden dünner Halbleiterschichtsubstrate gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Dabei ist jeweils links eine schematische Darstellung des aktuellen Zustands des verwendeten Halbleitersubstrates 1 dargestellt, rechts ist im zeitlichen Verlauf die Intensität des von der Lampe 19 auf das Halbleitersubstrat 1 eingestrahlten Lichtes angegeben.
Hierbei ist zu bemerken, dass aufgrund des eingestrahlten Lichtes positive Ladungsträger, das heißt,„Löcher", in dem als Halbleitersubstrat 1 verwendeten n-leitenden Siliziumwafer generiert werden. Je mehr Löcher in dem Halbleitersubstrat zur Verfügung stehen, umso größer kann der durch das Halbleitersubstrat 1 fließende Ätzstrom, der aufgrund der zwischen den beiden Elektroden 9, 11 angelegten Spannung fließt, sein. Damit ist die angegebene eingestrahlte Lichtintensität I ein direktes Maß für den aktuell fließenden Ätzstrom und damit für die aktuell geätzte Porosität, welche die Ätzlösung 7 im oberfiächennahen Bereich des Halbleitersubstrates 1 einstellt.
In den in Fig. 3 gezeigten Veranschaulichungen ist jeweils ein Bereich einer Teiloberfläche eines Halbleitersubstrates 1 gezeigt, der von der Ätzlösung 7 benetzt wird und der an den nicht zu ätzenden Randbereich 3 angrenzt. Der Randbereich 3 wird hierbei durch eine Schutzschicht 5 vor der Ätzlösung 7 geschützt.
In einem ersten Schritt (a) wird ein Halbleitersubstrat 1 in Form eines n-Typ-Siliziumwafers der Kristallrichtung 100 bereitgestellt und an einer Teiloberfläche seiner oberen Oberfläche mit der Ätzlösung 7 in Kontakt gebracht. Da bisher noch kein Licht von der Lampe 19 auf den Wafer 1 eingestrahlt wird, ist der Ätzstrom zwischen den Elektroden 9, 11 und damit die Ätzintensität zunächst vernachlässigbar gering.
In Schritt (b) wird zum Zeitpunkt ti die Lampe eingeschaltet und zunächst bei geringer Lichtintensität für zwischen etwa 1 und 60 Minuten gehalten. Es kommt während dieser Phase zu einem geringen Ätzstrom mit einer typischen Stromdichte im Bereich von 1 bis 10 mA/cm2. Die zwischen den Elektroden 9, 11 angelegte Spannung liegt im Bereich von 0,5 bis 5 V. Der Ätzvorgang beginnt dabei an der mit der Ätzlösung 7 in Kontakt stehenden Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 in Bereichen, die entweder zuvor zum Beispiel mittels Fotolithographie definiert wurden, indem angrenzende Bereiche durch eine
Ätzbarrierenschicht geschützt wurden, oder in denen natürliche Nukleationskeime an der Substratoberfläche 1 existieren. Aufgrund des bisher nur geringen Ätzstromes werden während dieser Ätzphase enge Kanäle 31 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 5 μιη in die Substratoberfiäche eingeätzt. Die Kanäle verlaufen weitgehend senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1. Durch das Einätzen der engen Kanäle 31 wird eine erste, obere, makroporöse Schicht 33 erzeugt. Die Dauer, während der die Beleuchtung und damit der Ätzstrom derart gering gehalten wird, wird so gewählt, dass die Dicke der erzeugten makroporösen Schicht 33 einer gewünschten Dicke eines zu bildenden
Halbleiterschichtsubstrates entspricht. Typische angestrebte Dicken liegen im Bereich von 10 - 50 μιη. Typische Ätzdauern sind hierfür 1 bis 60 min, beispielsweise 10 bis 60 min.
In einem nächsten Verfahrensschritt (c) wird die von der Lampe 19 eingestrahlte Lichtintensität I erhöht. Die Lichtintensität kann dabei abrupt oder sukzessiv über einen Zeitraum von wenigen Minuten erhöht werden, wobei durch die Art des Erhöhens eine resultierende Oberflächenstruktur der erzeugten porösen Schicht beeinflusst werden kann. Durch die gestiegene Anzahl an zur Verfügung stehenden, generierten Ladungsträgern in dem Halbleitersubstrat 1 kommt es zu einem gestiegenen Ätzstrom und damit zu einer erhöhten Ätzrate. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derart erhöhten Ätzrate der Ätzvorgang nicht mehr hauptsächlich senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 fortschreitet, sondern auch quer dazu. Daher nimmt der Durchmesser der eingeätzten Kanäle so stark zu, dass benachbarte Kanäle oder Poren zusammenwachsen. Es wird eine freigeätzte Schicht 35 gebildet. In dieser freigeätzten Schicht 35 verbleibt kein Halbleitermaterial in den Bereichen zwischen benachbarten geätzten Kanälen. Somit trennt die freigeätzte Schicht 35 die darüber liegende makroporöse Schicht 33 von dem darunter verbleibenden Substrat 1, sodass die makroporöse Schicht 33 freitragend ist und nur noch über den Randbereich 3 mit dem Substrat 1 verbunden ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt (d) wird die Beleuchtungsintensität erneut reduziert, so dass sich wieder dünnere Kanäle bilden und eine weitere makroporöse Schicht 37 ausgebildet wird.
Anschließend kann in einem Verfahrensschritt (e) die Beleuchtungsintensität erneut verstärkt werden und eine weitere freigeätzte Schicht 39 gebildet werden.
Die Verfahrensschritte (d) und (e) können mehrfach wiederholt werden, so dass es zu einer Schichtenfolge von makroporösen Schichten und daran angrenzenden freigeätzten Schichten kommt.
Da sich die Zirkulation von Ätzlösung in den engen Kanälen der porösen Schichten mit zunehmender Tiefe der Kanäle verschlechtern kann und somit die Ätzraten abnehmen können, können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um auch die tiefer liegenden makroporösen und freigeätzten Schichten mit einer ähnlichen Struktur und Dicke auszubilden wie die weiter oben liegenden Schichten. Beispielsweise kann der Ätzlösung ein
Benetzungsmittel zugegeben werden, die Lichtintensität bzw. die Ätzdauern können entsprechend angepasst werden oder die Konzentration der verwendeten Ätzlösung kann variiert werden.
Nachdem die gewünschte Struktur von mehreren aneinander angrenzenden makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten in dem Halbleitersubstrat ausgebildet wurde, wird dieses aus der Ätzlösung entnommen, in deionisiertem Wasser gespült und gereinigt und anschließend getrocknet. Hierbei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die mehreren übereinander geschichteten freitragenden makroporösen Schichten alle mit dem ungeätzten Randbereich 3 verbunden und durch diesen mechanisch stabilisiert sind. Der Stapel aus makroporösen Schichten kann somit zusammen mit dem verbleibenden ungeätzten Halbleitersubstrat in einfacher Weise als Gesamtheit weiter verarbeitet werden.
Beispielsweise kann in einem gemeinsamen Fluid- Verfahrensschritt (f) das gesamte
Halbleitersubstrat mitsamt den darin eingeätzten Schichtstrukturen einem
Hochtemperaturschritt unterzogen werden, bei dem das Halbleitersubstrat einer Sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre bei hohen Temperaturen von über 450 °C ausgesetzt wird. Bei diesen hohen Temperaturen wird die Oberfläche des Siliziumsubstrates aufoxidiert und es bildet sich eine dünne Siliziumdioxidschicht 45 (Si02). Da das heiße Sauerstoff-haltige Gas problemlos auch in die Hohlräume der porösen bzw. freigeätzten Schichten 33, 35, 37, 39 eindringen kann, wird die gesamte Oberfläche der porösen Schichten mit einer dünnen Oxidschicht 45 mit einer Dicke von wenigen nm bedeckt. Die dünne Oxidschicht kann als
Oberflächenpassivierung wirken. Die aufgrund der porösen Struktur stark vergrößerte Oberfläche der porösen bzw. freigeätzten Schichten 33, 35, 37, 39 wird somit gut gegen eine ansonsten dort verstärkt auftretende Rekombination geschützt. Untersuchungen haben ergeben, dass Siliziumsubstrate, bei denen eine poröse Schicht auf diese Weise oberflächenpassiviert wurde, ähnlich hohe Ladungsträger-Lebensdauern aufweisen und damit eine ähnlich hohe elektronische Qualität besitzen wie das als Ausgangsmaterial verwendete einkristalline Siliziumwafermaterial.
Alternativ zu dem beschriebenen Oxidationsprozess können auch andere Fluid- Verfahrensschritte durchgeführt werden. Hierbei kann jeweils ausgenutzt werden, dass einerseits der bisher noch nicht mechanisch unterteilte Stapel aus makroporösen Schichten 33, 37 und dazwischen liegenden freigeätzten Schichten 35, 39 einfach als Gesamtheit gehandhabt werden kann, und dass andererseits das Fluid in die gesamte poröse Struktur einfach eindringen kann und somit alle der übereinander geschichteten makroporösen
Schichten in ähnlicher Weise behandelt werden können. Alternative Fluid- Verfahrensschritte können zum Beispiel eine Gasphasendiffusion, eine Atomlagenabscheidung oder eine nasschemische Behandlung umfassen.
Da der Fluid- Verfahrensschritt gemeinsam an einer Vielzahl von an dem Halbleitersubstrat ausgebildeten porösen Schichten gleichzeitig durchgeführt werden kann und diese Schichten anschließend in dem durch den Fluid- Verfahrensschritt vorprozessierten Zustand zu fertigen Solarzellen weiterverarbeitet werden können, kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein Durchsatz bei der Solarzellenherstellung erheblich erhöht werden.
In einem anschließenden Verfahrensschritt (g) werden dann die einzelnen makroporösen Schichten 33, 37 vorzugsweise nacheinander mechanisch von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt. Hierzu kann beispielsweise an eine zuoberst liegende makroporöse Schicht 33 ein Trägersubstrat 41 angehaftet werden. Das Trägersubstrat 41 mitsamt der daran angehafteten makroporösen Schicht 33 kann dann einer mechanischen Kraft ausgesetzt werden, so dass die makroporöse Schicht 33 in einem Umfangsbereich 43 in der Nähe des Randbereichs 3 bricht und somit von der dem Halbleitersubstrat 1 abgelöst werden kann. Das Trägersubstrat 41 kann dabei so gewählt werden, beispielsweise als transparente Glasplatte, dass es auch während anschließender Verfahrensschritte oder auch während eines nachfolgenden Einsatzes der makroporösen Schicht als Solarzelle als Trägersubstrat weiterverwendet werden kann. Alternativ kann das Trägersubstrat 41 in einem späteren Verfahrensschritt wieder von der makroporösen Schicht 33 gelöst werden.
Der Verfahrensschritt (g) des Abtrennens der zuoberst liegenden makroporösen Schicht kann mehrfach wiederholt werden, bis alle zuvor erzeugten makroporösen Schichten 33, 37 von dem Halbleitersubstrat 1 abgetrennt wurden.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat 1, bei dem innerhalb eines ungeätzt verbleibenden rahmenartigen Randbereichs 3 eine makroporöse Schicht 33 eingeätzt wurde. Um die makroporöse Schicht 33 anschließend auslösen zu können, wird mit Hilfe eines Lasers oder einer Chipsäge ein Graben 47 in der Nähe des Randbereichs 3 eingebracht. Die Tiefe des Grabens 47 entspricht etwa der Dicke der makroporöse Schicht 33, so dass diese anschließend problemlos von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt werden kann.
Fig. 5 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Siliziumsubstrates, an dessen
Oberfläche mehrere übereinander liegende makroporöse Schichten 33, 37 und jeweils zwischen benachbarten makroporösen Schichten ausgebildete freigeätzte Schichten 35, 39 zu erkennen sind. Die Figur zeigt eine schräge Aufsicht auf einen Bruch einer makroporösen Probe mit regelmäßig angeordneten Poren, wobei an einer Oberfläche eines als
Ausgangssubstrat dienenden Siliziumwafers vor dem Ätzen ein schachbrettartiges Muster mittels Fotolithographie definiert wurde.
Fig. 6 zeigt eine Elektronenmikroskopaufhahme einer einzelnen, abgelösten makroporösen Schicht 33, wie sie anschließend als Halbleiterschichtsubstrat zur Weiterverarbeitung zu einer dünnen Solarzelle dienen kann. Die makroporöse Struktur mit Poren in einer Größenordnung von wenigen μηι ist gut zu erkennen. Gleichzeitig weist die Oberfläche der makroporösen Schicht aufgrund der verteilten Poren eine gewisse Oberflächentextur auf, die bei der
Verwendung als Substrat für eine Solarzelle eine gewünschte Verminderung von
Reflexionsverlusten bewirken kann. Aufgrund des Herstellungsverfahrens wird diese
Oberflächentextur automatisch beim Bilden der makroporösen Schicht erzeugt und erfordert keine zusätzlichen Verfahrensschritte.
Es gibt nun viele Prozessvarianten, wie aus den zuvor im Rahmen eines Fluid- Verfahrensschritt oberflächenbehandelten Halbleiterschichtsubstraten Solarzellen hergestellt werden können. Der genaue Prozess kann unter anderem von der Natur der
Oberflächenbehandlung abhängen.
Ist die Oberflächenbehandlung eine Phosphor-Diffusion in der Oberfläche eines n-Typ makroporösen Silizium- Halbleiterschichtsubstrates, so ist zur Herstellung einer Solarzelle auf einer der beiden Seiten wenigstens lokal noch ein p-Typ-Kontakt erforderlich, der
vorteilhafterweise die Phosphor-Diffusion unter dem Kontakt überkompensiert. Dies kann mit lokal oder flächig aufgebrachtem Aluminium und vorzugsweise in Kombination mit dem Ablösen der einzelnen Schichten geschehen. Die Phosphor-Diffusion kann mit einem leitfähigen transparenten Oxid oder mit einem Metall kontaktiert werden.
Ist die Oberflächenbehandlung eine Abscheidung einer Al203-Schicht, so entsteht aufgrund von in die Al203-Schicht integrierten elektrischen Ladungen ein den Strom sammelnder induzierter pn-Übergang, der mit einem Tunnelkontakt oder mit einer lokalen p-Typ
Diffusion kontaktiert werden kann. In diesem Fall ist dann auf einer der beiden Seiten noch ein Kontakt zum n-Typ makroporösen Silizium zu erzeugen. Dies kann z. B. durch das Laserdotieren einer n-Typ Schicht auf Teilen einer Seite geschehen. Es ist ein grundsätzliches Problem beim einseitigen Prozessieren von makroporösen
Schichten, dass die Poren die Gefahr mit sich bringen, dass die Prozesse durch die Poren hindurchgreifen und daher immer auf beiden Seiten der makroporösen Schicht wirken. Weil eine Solarzelle aber ein nicht symmetrisches Bauteil sein muss, dass z. B. p-Typ und n-Typ Bereiche hat, werden immer auch einseitig wirkende Prozesse benötigt werden.
Um gezielt einseitige Prozesse zu ermöglichen, kann vorzugsweise vor dem Auslösen der oberflächenbehandelten makroporösen Halbleiterschichtsubstrate aus dem rahmenartigen Randbereich ein Depositionsprozess genutzt werden, der bei niedrigem Druck von beispielsweise weniger als 100 Pa geschieht. Der Depositionsdruck verhindert eine
Deposition in der Tiefe der Poren und auf der Rückseite der außenliegenden makroporösen Schicht. So wird ein einseitiges Prozessieren poröser Schichten möglich, was für das Herstellen von Solarzellen aus den oberflächenbehandelten Schichten nützlich ist.
Ein solcher denkbarer Prozess ist die Deposition einer Aluminium- Schicht. Diese erzeugt bei hoher Temperatur im so genannten Feuer-Schritt einen p-Typ Bereich, welcher als Emitter genutzt werden kann. Die Aluminium- Schicht auf der oberen Seite der obersten porösen Schicht stabilisiert diese zudem mechanisch, was ein homogenes Ablösen großer Schichten erleichtert. Alternativ kann die Aluminium- Schicht auch über ein Siebdruck- Verfahren aufgebracht werden, die nachfolgenden Prozessschritte verändern sich dadurch nicht.
Alternativ ist ein einseitiges Prozessieren auch durch das Anwenden viskoser
Beschichtungsmassen oder viskoser Ätzlösungen möglich, die zu viskos sind um in die Poren einzudringen. Dies kann schichtweise und jeweils vor dem Auslösen der Schichten aus dem Rahmen entstehen. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„umfassen",„aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff„ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.
BEZUGSZEICHENLISTE
I Halbleitersubstrat 3 Randbereich
5 Schutzschicht
7 Ätzlösung
9 erste Elektrode
I I zweite Elektrode 13 Steuerung
15 Gefäß
17 O-Ring
19 Lampe
21 Tunnel
31 Kanal
33 makroporöse Schicht
35 freigeätzte Schicht
37 makroporöse Schicht
39 freigeätzte Schicht
41 Trägersubstrat
43 Umfangsbereich
45 Dielektrikumschicht
47 Graben

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bilden wenigstens eines dünnen Halbleiterschichtsubstrats für eine
Solarzellenfertigung, wobei das Verfahren aufweist:
(a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates (1);
(bl) Ausbilden einer oberen makroporösen Schicht (33) an einer Teiloberfläche des Halbleitersubstrates (1);
(cl) Ausbilden einer freigeätzten Schicht (35) unterhalb der makroporösen Schicht (33); wobei die makroporöse Schicht (33) und die freigeätzte Schicht (35) jeweils durch elektrochemisches Ätzen der Teiloberfläche des Halbleitersubstrates (1) in einer
Ätzlösung (7) ausgebildet werden;
wobei ein die Teiloberfläche zumindest teilweise umgebender Randbereich des
Halbleitersubstrates (1) ungeätzt bleibt, um einen stabilisierenden, nicht-porösen
Randbereich (3) zu bilden;
(d) Unterziehen des gesamten Halbleitersubstrats (1) einschließlich der darin
ausgebildeten makroporösen und freigeätzten Schichten (33, 35) wenigstens einem Fluid- Verfahrensschritt, bei dem ein Fluid auf die Halbleitersubstratoberfläche einwirkt;
(el) mechanisches Abtrennen der oberen makroporösen Schicht (33) von dem
Halbleitersubstrat (1), wobei eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht (33) und dem nicht-porösen Randbereich (3) unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend:
(b2) Ausbilden einer weiteren makroporösen Schicht (37) unterhalb der zuvor ausgebildeten freigeätzten Schicht (35);
(c2) Ausbilden einer weiteren freigeätzten Schicht (39) unterhalb der zuvor ausgebildeten makroporösen Schicht (37),
wobei die weitere makroporöse Schicht (37) und die weitere freigeätzte Schicht (39) jeweils durch elektrochemisches Ätzen der Teiloberfläche des Halbleitersubstrates (1) in einer Ätzlösung (7) ausgebildet werden;
(e2) mechanisches Abtrennen der weiteren makroporösen Schicht (37) von dem
Halbleitersubstrat (1) vorzugsweise nachdem die obere makroporöse Schicht (33) von dem Halbleitersubstrat (1) abgetrennt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Verfahrensschritte (b2) und (c2) mehrfach
wiederholt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das gesamte Halbleitersubstrat (1) einschließlich mehrerer darin ausgebildeter makroporöser und freigeätzter Schichten (33, 35, 37, 39) vor dem Verfahrensschritt (e) dem Fluid- Verfahrensschritt, bei dem ein Fluid auf die Halbleitersubstratoberfläche einwirkt, unterzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei dem Fluid- Verfahrensschritt das gesamte Halbleitersubstrat (1) einschließlich darin ausgebildeter makroporöser und freigeätzter Schichten (33, 35, 37, 39) in einem Hochtemperaturschritt einer Sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von wenigstens 450°C ausgesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei dem Fluid- Verfahrensschritt das gesamte Halbleitersubstrat (1) einschließlich darin ausgebildeter makroporöser und freigeätzter Schichten (33, 35, 37, 39) einer Atomlagendeposition zur Abscheidung einer Aluminiumoxidschicht bei einer Temperatur unterhalb von 500 °C ausgesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei dem Fluid- Verfahrensschritt das gesamte Halbleitersubstrat (1) einschließlich darin ausgebildeter makroporöser und freigeätzter Schichten (33, 35, 37, 39) in einem Hochtemperaturschritt einer Dotanden- haltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von wenigstens 700°C ausgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei Einflussparameter während des
elektrochemischen Ätzens der mehreren makroporösen und freigeätzten Schichten (33, 35, 37, 39) derart angepasst werden, dass die Porenstruktur und die Schichtdicke der nacheinander gebildeten makroporösen Schichten im Wesentlichen gleich bleiben.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Dünnschicht (53) auf
außenliegenden Bereichen einer makroporösen Schicht durch einen
Gasabscheidungsprozess gebildet wird, wobei ein Gasdruck ausreichend niedrig gewählt wird, so dass ein Abscheiden einer Dünnschicht (53) auf innenliegenden Oberflächen des porösen Halbleiterschichtsubstrates weitgehend vermieden wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zur Unterstützung eines Abtrennens einer außenliegenden makroporösen Schicht (33, 37) von dem Halbleitersubstrat ein Graben (47) in einen Umfangsbereich (43) der makroporösen Schicht (33, 37) eingebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine außenliegende makroporöse Schicht (33, 37) von dem Halbleitersubstrat dadurch mechanisch getrennt wird, dass ein Trägersubstrat (41) an die außenliegende makroporöse Schicht angehaftet wird und das Trägersubstrat mit der anhaftenden außenliegenden makroporösen Schicht dann von dem Halbleitersubstrat abgerissen wird.
12. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle aufweisend:
Bilden eines dünnen Halbleiterschichtsubstrates (33, 37) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 ;
Ausbilden von dotierten Bereichen (47) in dem Halbleiterschichtsubstrat; und Ausbilden von elektrischen Kontakten (51) an Oberfiächenbereichen des Halbleiterschichtsubstrates.
EP10775834A 2009-11-13 2010-11-11 Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen Withdrawn EP2499678A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009053262A DE102009053262A1 (de) 2009-11-13 2009-11-13 Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten sowie Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, insbesondere einer Solarzelle, mit einem solchen Halbleiterschichtsubstrat
PCT/EP2010/067299 WO2011058106A2 (de) 2009-11-13 2010-11-11 Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2499678A2 true EP2499678A2 (de) 2012-09-19

Family

ID=43877618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10775834A Withdrawn EP2499678A2 (de) 2009-11-13 2010-11-11 Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120282726A1 (de)
EP (1) EP2499678A2 (de)
CN (1) CN102640305A (de)
DE (1) DE102009053262A1 (de)
WO (1) WO2011058106A2 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014217165A1 (de) * 2014-08-28 2016-03-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Halbleiterstruktur, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4202455C1 (de) 1992-01-29 1993-08-19 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De
US6326280B1 (en) * 1995-02-02 2001-12-04 Sony Corporation Thin film semiconductor and method for making thin film semiconductor
US6107213A (en) * 1996-02-01 2000-08-22 Sony Corporation Method for making thin film semiconductor
KR100304161B1 (ko) * 1996-12-18 2001-11-30 미다라이 후지오 반도체부재의제조방법
SG71094A1 (en) * 1997-03-26 2000-03-21 Canon Kk Thin film formation using laser beam heating to separate layers
SG63832A1 (en) * 1997-03-26 1999-03-30 Canon Kk Substrate and production method thereof
DE19730975A1 (de) 1997-06-30 1999-01-07 Max Planck Gesellschaft Verfahren zur Herstellung von schichtartigen Gebilden auf einem Substrat, Substrat sowie mittels des Verfahrens hergestellte Halbleiterbauelemente
WO1999001893A2 (de) 1997-06-30 1999-01-14 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur herstellung von schichtartigen gebilden auf einem substrat, substrat sowie mittels des verfahrens hergestellte halbleiterbauelemente
DE19754513A1 (de) * 1997-12-09 1999-06-10 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung einer Mikrostruktur und entsprechende Mikrostruktur
US6331208B1 (en) * 1998-05-15 2001-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing solar cell, process for producing thin-film semiconductor, process for separating thin-film semiconductor, and process for forming semiconductor
DE19936941B4 (de) * 1998-11-11 2008-11-06 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere Dünnschichtsolarzellen, auf einem Trägersubstrat
US6964732B2 (en) * 2000-03-09 2005-11-15 Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) Method and apparatus for continuous formation and lift-off of porous silicon layers
AU781761B2 (en) * 2000-03-09 2005-06-09 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum (Imec) Method for the formation and lift-off of porous silicon layers
DE10055872B4 (de) * 2000-11-10 2004-02-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer porösen Struktur für ein Sieb oder einen Filter und poröse Struktur für ein Sieb oder einen Filter
EP1385199A1 (de) * 2002-07-24 2004-01-28 IMEC vzw, Interuniversitair Microelectronica Centrum vzw Verfahren zur Herstellung von Dünnfilmelementen für Solarzellen oder SOI Anwendungen
US20090107545A1 (en) * 2006-10-09 2009-04-30 Soltaix, Inc. Template for pyramidal three-dimensional thin-film solar cell manufacturing and methods of use
WO2006131177A2 (de) * 2005-06-06 2006-12-14 Universität Stuttgart Verfahren zur herstellung von saatschichten zur abscheidung von halbleitermaterial
FR2889887B1 (fr) * 2005-08-16 2007-11-09 Commissariat Energie Atomique Procede de report d'une couche mince sur un support
EP2002484A4 (de) * 2006-04-05 2016-06-08 Silicon Genesis Corp Verfahren und struktur für die herstellung von solarzellen mittels schichtübertragungsverfahren
DE102006028916B4 (de) * 2006-06-23 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung poröser Partikel
DE102007029721A1 (de) * 2007-06-27 2009-01-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer porösen Schicht mit einer definierten Tiefe in einem Halbleitersubstrat
TWI427811B (zh) * 2008-05-14 2014-02-21 Sino American Silicon Prod Inc 供薄膜型太陽能電池用之半導體結構組合及其製造方法
MY162405A (en) * 2009-02-06 2017-06-15 Solexel Inc Trench Formation Method For Releasing A Thin-Film Substrate From A Reusable Semiconductor Template
US9537032B2 (en) * 2009-06-02 2017-01-03 Solarcity Corporation Low-cost high-efficiency solar module using epitaxial Si thin-film absorber and double-sided heterojunction solar cell with integrated module fabrication
US20100300507A1 (en) * 2009-06-02 2010-12-02 Sierra Solar Power, Inc. High efficiency low cost crystalline-si thin film solar module
EP2529394A4 (de) * 2010-01-27 2017-11-15 Yale University Auf leitfähigkeit beruhende selektive ätzung für gan-vorrichtungen und anwendungen davon

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011058106A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011058106A2 (de) 2011-05-19
CN102640305A (zh) 2012-08-15
DE102009053262A1 (de) 2011-05-19
WO2011058106A3 (de) 2012-06-07
US20120282726A1 (en) 2012-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69728355T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergegenstands
DE69825517T2 (de) Herstellungsverfahren eines Halbleiter-Substrats
WO1999001893A2 (de) Verfahren zur herstellung von schichtartigen gebilden auf einem substrat, substrat sowie mittels des verfahrens hergestellte halbleiterbauelemente
EP2377169A2 (de) Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle aus einem siliziumsubstrat
WO2010115730A1 (de) Verfahren zur herstellung von solarzellen mit selektivem emitter
DE19936941B4 (de) Verfahren zur Herstellung dünner Schichten, insbesondere Dünnschichtsolarzellen, auf einem Trägersubstrat
EP2737543A2 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle sowie solarzelle
WO2015036181A1 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle umfassend eine dotierung durch ionenimplantation und abscheiden einer ausdiffusionsbarriere
EP2491577B1 (de) Verfahren zum ausbilden eines dotierstoffprofils
WO2011107092A2 (de) Verfahren zur dotierung eines halbleitersubstrats und solarzelle mit zweistufiger dotierung
EP2823505B1 (de) Verfahren zum erzeugen eines dotierbereiches in einer halbleiterschicht
DE102012108473B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
WO2011058106A2 (de) Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten zum herstellen von solarzellen
DE102009004560B3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, auf Basis einer Germaniumdünnschicht
DE10340147A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verarbeiten eines Substrats und darin verwendete Platte
WO2023041177A1 (de) Dotieren eines siliziumsubstrats durch laserdotierung mit anschliessendem hochtemperaturschritt
EP0993029A2 (de) Verfahren zur Herstellung kristalliner Halbleiterschichten
WO2010142683A2 (de) Verfahren zum bilden von dünnen halbleiterschichtsubstraten sowie verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements, insbesondere einer solarzelle, mit einem solchen halbleiterschichtsubstrat
WO2010081858A2 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelementes, insbesondere einer solarzelle, auf basis einer halbleiterdünnschicht mit einem direkten halbleitermaterial
DE102007021991B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements durch Ausbilden einer porösen Zwischenschicht
DE102008048498A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes, insbesondere einer Solarzelle, auf Basis einer Siliziumdünnschicht
EP4324021A1 (de) Verfahren zur präparation eines germaniumsubstrats und germaniumsubstratstruktur für ein epitaktisches aufwachsen einer germaniumschicht
WO2010122168A2 (de) Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelementes, insbesondere einer solarzelle, auf basis einer halbleiterdünnschicht mit einem direkten halbleiter oder mit germanium
CH670335A5 (de)
DE19802131A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer monokristallinen Schicht aus einem leitenden oder halbleitenden Material

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120509

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150602