EP2564433A2 - Verfahren zur herstellung einer metal-wrap-through-solarzelle sowie eine nach diesem verfahren hergestellte metal-wrap-through-solarzelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer metal-wrap-through-solarzelle sowie eine nach diesem verfahren hergestellte metal-wrap-through-solarzelle

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EP2564433A2
EP2564433A2 EP11705516A EP11705516A EP2564433A2 EP 2564433 A2 EP2564433 A2 EP 2564433A2 EP 11705516 A EP11705516 A EP 11705516A EP 11705516 A EP11705516 A EP 11705516A EP 2564433 A2 EP2564433 A2 EP 2564433A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
main surface
aluminum
silicon substrate
paste
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11705516A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Krokoszinski
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H01L31/02245—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells for metallisation wrap-through [MWT] type solar cells
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a metal wrap-through solar cell and to a metal wrap-through solar cell produced by this method.
  • Silicon solar cells also known as metal wrap-through (MWT) cells, have so far been provided with an all-over screen-printed metallization for mirroring and current collection on the back.
  • This backside metallization typically consists of aluminum-based thick-film paste printed over a large area between the silver-based solder pads of the base distributed over the back surface and the solder pads of the back emitter regions terminated by laser drilled silver filled holes (vias).
  • the front metal contact rails / Fingergrid are connected, spaced at a distance of about 0.5 mm - 0.7 mm (see F. Clement, IEEE
  • the MWT cell is made of n-doped material.
  • the backside p + emitter is generated via aluminum diffusion.
  • the disadvantage of this doping method is that for the diffusion of
  • Aluminum in silicon required high temperature of 1100 ° C ⁇ 50 ° C, because it breaks down (including through the formation of aluminum-oxygen complexes) the life of the minority carriers (holes) of the n-type silicon wafers strong.
  • the silkscreen metallization of the back has an imperfect texture
  • BSF Back Surface Fields
  • the thick aluminum screen printing layer required as doping source and the AISi eutectic layer formed between it and the semiconductor surface must be etched off.
  • a large amount of hydrochloric acid is necessary due to the thickness of the layers to be etched in the previously known method, which is a major disposal problem.
  • a laser ditch must surround the back emitter solder pads to the back emitter solder pads of the surrounding them
  • the present invention relates to a method for producing a metal wrap-through solar cell from a p-doped or n-doped and saw damage etched silicon substrate, which has a first main surface serving as a light incident side in use and a second main surface serving as a back side, comprising the following steps:
  • a thin film substantially comprising aluminum on the second major surface removing the aluminum thin film from portions of the second major surface to form first diameter (dl) hole areas in which the silicon substrate is exposed, depositing and drying a dielectric , glass-forming paste on the aluminum thin film for covering the thin film and parts of the silicon substrate in the hole regions, whereby the hole regions are reduced to a second diameter (d2), forming through-holes through the silicon substrate in the hole regions, in particular by means a laser, heating and / or sintering the paste on the second main surface, in particular at temperatures above 800 ° C, to produce an aluminum Doping layer in the second main surface with simultaneous doping of the first main surface with phosphorus, and removal of the glass layer resulting from the heating and / or sintering and an aluminum-silicon eutetic layer resulting from the heating and / or sintering from the second main surface, whereby the aluminum Doping layer is exposed.
  • An advantage of this is that a metal wrap-through solar cell with an aluminum doping layer on the second main surface is produced in a technically simple manner.
  • the aluminum layer is applied in direct contact with the second main surface, thereby melting the eutectic point, the entire layer amount of aluminum directly, ie undelayed or unhindered, are consumed for melting.
  • the structuring of the aluminum layer ie the exposure of surrounding areas of the via holes, ensures that the n + doping does not have to overcompensate the p + doping if these areas are doped with a different polarity.
  • the covering of the aluminum layer with a glass paste or glass layer ensures that when the aluminum-silicon eutectic melts, the melt is not substantially exposed at any point and thus the eutectic layer does not run to drip even in a vertical position in a high-temperature furnace. splashed or oxidized.
  • due to its lower coefficient of expansion, which is similar to that of silicon the glass cover largely does not distort the silicon substrate. This increases the efficiency of the solar cell and the thickness of the silicon substrate can be significantly reduced, which saves considerable costs.
  • the heating and / or sintering may take place at a temperature of at least 800 ° C. This ensures that the aluminum doping proceeds along with the phosphorus doping of the first major surface.
  • the paste can be applied by means of printing, in particular by screen printing. This further reduces the cost of the process.
  • the areas around the through-hole to be drilled later with a second diameter d2 can be left free.
  • a thin dielectric layer in particular an oxide and / or a nitride, is furthermore applied to the aluminum thin layer to prevent oxidation of the aluminum of the aluminum thin layer in air, and removing portions of the dielectric layer from the second major surface to form the first diameter (d1) hole regions. This ensures that the aluminum thin film does not oxidize, which could negatively affect the production of an aluminum eutectic or the aluminum doping layer.
  • the first major surface, the walls of the via holes, and the hole areas are anisotropically etched, particularly with potassium hydroxide and isopropanol, to form a texture.
  • the texturing allows an improved coupling of the incident
  • the first major surface is further doped by diffusion of phosphorus and by driving in the phosphor during heating and / or sintering of the glass forming paste to produce a phosphorus doping layer in the first major surface, and a phosphosilicate glass layer resulting from the doping and subsequent driving away.
  • the process may further comprise, after removal of the phosphosilicate glass simply a passivation layer and / or anti-reflection layer, in particular comprising SiN or SiN / Si0 2 , are applied to the first main surface.
  • a passivation layer and / or anti-reflection layer in particular comprising SiN or SiN / Si0 2 .
  • a silver-containing paste is screen-printed and dried.
  • a metal paste is further applied to the first major surface, the metal paste in contact with one or more via holes, and the metal paste on the first major surface and the silver-containing paste in the first Through-hole and sintered together in the hole areas of the second main surface and / or heated.
  • a metal paste is further applied to the first major surface, the metal paste in contact with one or more via holes, and the metal paste on the first major surface and the silver-containing paste in the first Through-hole and sintered together in the hole areas of the second main surface and / or heated.
  • the metal paste can be applied by screen printing, aerosol printing or dispensing. This inexpensive method of applying the metal paste ensures a uniform thickness of the metal paste over the entire first major surface.
  • a passivation layer is applied to the second main surface and parts of the passivation layer are applied to the second main surface second main surface for producing local openings for contacting the silicon substrate and for generating the hole areas around the through-holes having a third diameter (d3), which has a value between dl and d2 removed, in particular by means of etching or
  • the passivation layer and the aluminum layer form a significantly better infrared light mirror than the porous AI layer according to the prior art. As a result, a higher power output of the solar cell is achieved.
  • a further aluminum layer and optionally a nickel layer may be applied to the second main surface for contacting the silicon substrate in the hole areas of the second main surface, in particular by sputtering or vapor deposition, and parts of the other Aluminum layer and optional nickel layer are removed from the second main surface to expose the hole areas around the first diameter (dl) via holes, particularly by etching.
  • the passivation layer reduces the recombination of charge carriers, thereby increasing the efficiency of the solar cell. It is also advantageous that in a technically simple manner, the second main surface of the silicon substrate is contacted by the further aluminum layer. In addition, the open circuit voltage can be increased.
  • the optional nickel layer makes it much easier to apply further layers to the second main surface.
  • a thin dielectric layer is deposited on the second major surface, portions of the dielectric layer are exposed from the second major surface to expose third diameter (d3) hole areas around the via holes and Forming solder contact surface openings having a fourth diameter (d4) removed, and comprising a metal alloy, in particular nickel, silver, copper and / or tin, on the metal contact tracks of the first main surface and the solder contact surface openings of the second main surface for reinforcing the metal contact tracks and / / or solder pad openings galvanic and / or chemically applied.
  • a metal alloy in particular nickel, silver, copper and / or tin
  • the present invention likewise provides a metal wrap-through solar cell made of a p-doped or n-doped silicon substrate, which has a first main surface serving as a light incident side in use and a second main surface serving as a back side, with through-contacting holes the silicon substrate for connecting the second main surface to the first main surface, wherein the second main surface has an aluminum doping layer and the silicon substrate has a thickness of less than about 200 ⁇ , in particular less than about 180 ⁇ having.
  • the advantage of this metal wrap-through solar cell is that, because of the small thickness, less silicon is required for the silicon substrate, which saves costs.
  • 1 to 19 are cross-sectional views of a silicon substrate according to various steps of a method according to the invention.
  • the silicon substrate 1 shows a cross-sectional view of a silicon substrate 1.
  • the silicon substrate 1 is n-doped or p-doped.
  • the silicon substrate 1 has a first main surface 2, which serves as a light incident side in use, and a second main surface 3 serving as a back surface in use.
  • the silicon 4 of the silicon substrate 1 may be monocrystalline or multicrystalline. The surfaces are already acid-etched.
  • a very pure, thin aluminum layer 5 is applied to the second main surface 3.
  • An aluminum layer which is as pure as possible is to be understood as meaning a layer which essentially comprises only aluminum.
  • the application can be done for example by vapor deposition or sputtering.
  • the aluminum thin film 5 substantially covers the second main surface 3 to as small as possible
  • the distance to the edge of the silicon substrate 1 may also be equal to zero.
  • the layer thickness of the aluminum thin layer 5 is selected with regard to the depth of an aluminum doping layer 6 produced during sintering or heating in a later method step. Depending on the doping of the silicon substrate 1, the aluminum doping layer 6 serves as an emitter or as a back-surface field.
  • the depth or thickness of the aluminum doping layer 6 produced in a later method step is preferably between 1 ⁇ and 10 ⁇ .
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the silicon substrate 1 after a further, optional method step, in which a thin dielectric
  • Layer 7 is applied to the aluminum thin film 5 in order to avoid oxidation of the aluminum in air.
  • the thin dielectric layer 7 can be applied in the same vapor deposition or sputtering system in which the aluminum thin film 5 is applied.
  • Layer 7 preferably comprises an oxide and / or nitride.
  • FIG. 3 shows the silicon substrate 1 after a further method step.
  • a masking layer 8 is applied to the second main surface 3 of the silicon substrate 1, which exposes hole regions 9 with a first diameter (d1), in which the through-contacting holes 10 of the metal wrap-through solar cell are formed in a later method step should be.
  • d1 a first diameter
  • FIG. 3 shows the silicon substrate 1 after a further method step.
  • a masking layer 8 is applied to the second main surface 3 of the silicon substrate 1, which exposes hole regions 9 with a first diameter (d1), in which the through-contacting holes 10 of the metal wrap-through solar cell are formed in a later method step should be.
  • Etch paste printing, masked wet chemical etch, or masked dry etch portions of the thin dielectric layer 7, so that the aluminum thin film 5 is exposed in the regions 9 left clear of the masking layer 8.
  • the through-holes 10 or vias of the metal wrap-through (MWT) cell and the surrounding soldering surfaces are formed later.
  • the aluminum thin film 5 in the hole regions 9 is etched away (see FIG. 4), whereby the silicon 4 of the silicon substrate 1 is exposed in the hole regions 9, and then the masking layer 8 is removed again from the second main surface 3.
  • the masking layer 8 may be omitted prior to this process step because the dielectric layer 7 protects the aluminum thin film 5 during the etching process.
  • the silicon 4 of the silicon substrate 1 are exposed in an area with the first diameter (d1).
  • the silicon substrate 1 after a further method step is shown in FIG. 5.
  • a dielectric glass-forming paste 11 is applied to the aluminum thin film 7 and parts of the silicon 4 of the silicon substrate 1 in the hole regions 9, so that the width of the hole regions 9 from the first width dl to the one width (d2 ), where d2 is only slightly smaller than dl.
  • This application is preferably done by screen printing.
  • This covering of the aluminum thin film 5 by a dielectric, glass-forming paste 11 is only temporary during the process and is removed again in a later process step after the doping of the second main surface 3. Therefore, their thickness can be selected as thin as possible, preferably between 10 ⁇ to 12 pm. Due to the smaller thickness, less acid is required to dissolve or remove the glass layer 12 formed from the paste 11 in a later process step.
  • the load of the etching bath usually hydrofluoric acid, with material réellelösendem at least a factor of 4 less than the load of the hydrochloric acid bath in the removal of a 40 ⁇ thick screen-printed aluminum layer according to the previously known methods.
  • via holes 10 in the silicon substrate 1 are produced by a method known from the prior art.
  • the number of holes is 60 to 100 holes per silicon substrate 1.
  • the via holes 10 connect the second main surface 3 of the silicon substrate 1 to the first main surface 2.
  • the diameter of the via holes 10 is between 70 ⁇ and 120 ⁇ and the diameter is slightly greater at the entrance to the second main surface 3 than at the exit on the first main surface 2. This step is shown in FIG.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the silicon substrate 1 after a further method step, in which a texturing is etched.
  • the glass layer 12 or glass paste 11 according to the invention of the second main surface 3 essentially protects the second main surface 3 from etching, with the exception of the hole regions 9 surrounding the via holes 10. The texturing thus takes place on the first main surface 3, into which
  • Fig. 8 shows the step of phosphorus doping.
  • a standard phosphorus diffusion followed by a driving step.
  • the phosphorus diffusion is preferably accomplished with POCl 3 14.
  • the driving step which proceeds above 800 ° C, the phosphorus is driven into the silicon substrate 1, and at the same time, under the glass layer 12 of the second main surface 3, the aluminum thin film 5 and the silicon 4 on the second main surface 3 form a liquid eutectic AlSi - phase.
  • the thickness of the liquid layer depends on the currently prevailing temperature and thickness of the aluminum thin film 5 at any time.
  • the aluminum-doped crystal layer Upon cooling after the diffusion of the phosphorus and subsequent driving step above 800 ° C recrystallized below the eutectic Temperature (about 577 ° C), the aluminum-doped crystal layer from the inside out to a p + layer.
  • This p + layer represents at an n-doped
  • the temperature during the driving step is less than 900 ° C.
  • a phosphorus doping layer 15 is mainly formed in the first main surface 2, the walls of the via holes 10, and the exposed hole areas 9 of the second main surface 3.
  • the glass paste 11 can be heated or sintered in a step independent of the phosphorus doping, preferably at temperatures above 800 ° C. and / or below 900 ° C., whereby an above-described processes underneath the glass layer 12 likewise produce an aluminum doping layer 6 in the second main surface 3 is formed.
  • the silicon substrate 1 after this process step is shown in FIG. 9.
  • the silicon substrate 1 has two so-called p + -n + gaps 16 each between the aluminum doping layer 6 of the second main surface 3 and the part of the second main surface 3 having a phosphorus doping layer.
  • a passivation layer and / or antireflection coating (ARC) 17 is applied to the first main surface 2.
  • the one passivation layer and / or antireflection layer 17 is also partially applied to the walls of the via holes 10.
  • the walls of the Taktiansslöcher 10 and the back hole areas 9 were doped with phosphorus, they are in the standard processes for deposition of the passivation layer and / or anti-reflection layer 17 such as plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) only imperfect with the passivation layer and / or anti-reflection layer 17 and Anti-reflection layer sequence covered.
  • PECVD plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • a special silver-containing paste is selected which contacts n + surfaces well, but does not penetrate the pn junction in p-doped materials (so-called shunting).
  • shunting In n-doped silicon substrates, the problem is less, since there is only one n + -n transition, which can not be shunted.
  • FIG. 11 shows the silicon substrate 1 after this process step in which, by printing, sucking and drying the silver-containing paste, metallization of the walls of the via holes 10 and the back hole regions 9 has been made, that is. H. a metal layer 18 has been applied to this.
  • a metal paste As screen printing, aerosol printing, dispensing, a metal paste, preferably a silver paste applied to the first main surface 2.
  • This metal paste forms metal contact tracks 19, so-called narrow fingers. All of the metal contact pads 19 and fingers, respectively, have contact with a plurality of via holes 10 provided with a metal layer 18 to conduct the current to the contacts on the second main surface 3.
  • the metal paste of the first main surface 2 is simultaneously sintered together with the silver paste of the second main surface 3, for example, in a furnace process.
  • the silicon substrate 1 after this process step is shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 shows the silicon substrate 1 after a further method step, in which a passivation layer 20 suitable for p + doping has preferably been applied to the second main surface 3 by means of the PECVD method.
  • a passivation layer 20 suitable for p + doping has preferably been applied to the second main surface 3 by means of the PECVD method.
  • this passivation layer 20 with one of the known methods (laser ablation, etching paste, masked wet chemical etching or ion etching) at many points 21 of the second main surface 3 locally opened, ie, a so-called PERC structure is prepared.
  • the hole regions 9 are also opened around the through-contacting holes 10 with the third diameter (d3), which lies between d1 and d2. This is shown in FIG.
  • this further aluminum layer 22 may, for example, by a PVD method, for. B.
  • the further aluminum layer 22 directly touches the second main surface 3 of the silicon substrate 1 in the exposed hole regions 9 of the passivation layer 20 and rests on the passivation layer 20 in all other regions of the second main surface 3. This is shown in FIG.
  • a thin nickel-containing layer is deposited on the further aluminum layer 22 in the same PVD system in order to be able to deposit a solderable layer on it in the bus bar / busbar regions or solder contact surface regions in a later process step by a chemical and / or galvanic process to facilitate.
  • FIG. 16 shows a cross-sectional view of the silicon substrate 1 after another masked etching process.
  • a masking layer 8 has been applied to the second main surface 3 leaving a first diameter (dl) area around the via holes 10.
  • a hole region 9 with the first diameter (d 1) around each through-connection hole 10 is freed from the further aluminum layer 22 and the optional nickel layer.
  • the first diameter (d1) corresponds to the opening width in the aluminum doping layer 6 of the second main surface 3.
  • a thin dielectric layer 23 is applied to the entire second Main surface 3 is deposited (see Fig.
  • FIGS. 18a and 18b it is shown that a masking layer 8 has been applied to the second main surface, the hole regions 9 to the third
  • Diameter (d3) around the via holes 10 and LötWallet Schemee 24 with the fourth diameter (d4) leaves free.
  • the masking layer 8 is removed again.
  • the metal contact tracks 19 or fingers on the first main surface 2 and the solder contact surfaces 24 of both polarities on the second main surface 3 are each reinforced with a solderable layer sequence 25 or 26 (see FIG. 19).
  • the solderable layer sequences preferably comprise a suitable combination of the metals nickel, silver, copper and tin.

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Metal-Wrap-Through-Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, aufgezeigt, folgende Schritte umfassend : Aufbringen einer Dünnschicht (5), die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche (3), Entfernen der Aluminium-Dünnschicht (5) von Teilen der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Bildung von Lochbereichen (9) mit einem ersten Durchmesser (d1), in denen das Silizium-Substrat (1) freiliegt, Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden Paste (11) auf die Aluminium-Dünnschicht (5) zum Abdecken der Dünnschicht (5) und von Teilen des Silizium-Substrats (1), wodurch die Lochbereiche (9) auf einen zweiten Durchmesser (d2) verkleinert werden, Bilden von Durchkontaktierungslöchern (10) durch das Silizium- Substrat (1) in den Lochbereichen (9), insbesondere mittels eines Lasers (13), Erhitzen und/oder Sintern der Paste (11) auf der zweiten Hauptoberfläche (3), insbesondere bei Temperaturen über ca. 577 °C, zur Erzeugung einer Aluminium-Dotierschicht (6) in der zweiten Hauptoberfläche (3), und Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht (12) und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium-Silizium- Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche (3), wodurch die Aluminium-Dotierschicht (6) freigelegt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung einer Metal-Wrap-Throuqh-Solarzelle sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Metal-Wrap-Throuqh-Solarzelle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metal- Wrap-Through-Solarzelle und eine nach diesem Verfahren hergestellte Metal- Wrap-Through-Solarzelle. Stand der Technik
Silizium-Solarzellen, auch Metal-Wrap-Through(MWT)-Zellen, werden bisher mit einer ganzflächig siebgedruckten Metallisierung zur Verspiegelung und zur Stromsammlung auf der Rückseite versehen. Diese Rückseitenmetallisierung besteht in der Regel aus Aluminium-basierter Dickschichtpaste, die großflächig zwischen den über die Rückseite verteilten Silber-basierten Lötflächen der Basis aufgedruckt wird und dabei die Lötflächen der rückseitigen Emitterbereiche, die durch lasergebohrte mit Silber gefüllte Löcher (Vias) mit den bzw. dem vorderseitigen Metallkontaktschienen/Fingergrid verbunden sind, mit einem Abstand von ca. 0,5 mm - 0,7 mm ausspart (siehe F. Clement, IEEE
Conference, Philadelphia (USA), Juni 2009). Beim Sintern oberhalb von 800 °C legiert das Aluminium durch Bildung des niederschmelzenden (577 °C) AlSi- Eutektikums und Rekristallisation an die Halbleiteroberfläche an und kompensiert dabei die vorhandene n+-Dotierung aus der vorher rundum erfolgten Phosphordiffusion zu einer stark p-dotierten (p+-)Dotierung über (siehe F.
Huster, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6-10 June 2005, Barcelona, Spain). Da bisher die Basisdotierung p ist, bildet die Aluminiumdotierte rekristallisierte Oberflächenschicht ein p+-BSF (Back Surface Field) mit einem p+p-Übergang (sogenannter high-low-Übergang). Anschließend muss in der Lücke zwischen Emitterlötflächen und der sie umgebenden gesinterten Aluminiumschicht eine„Kantenisolation" durchgeführt werden. In der Regel wird dafür ein Lasergraben hergestellt (siehe F. Clement, IEEE Conference, Philadelphia (USA), June 2009).
Bei einem anderen Verfahren besteht die MWT-Zelle aus n-dotiertem Material. Der rückseitige p+-Emitter wird dabei über Aluminium-Diffusion erzeugt. Der Nachteil dieser Dotierungsmethode besteht in der für die Diffusion von
Aluminium in Silizium notwendigen hohen Temperatur von 1100 °C ± 50 °C, weil dabei (u. a. durch die Bildung von Aluminium-Sauerstoff-Komplexen) die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger (Löcher) der n-Siliziumwafer stark einbricht.
Auch die Alternative für Aluminium-Diffusion, die Bor-Diffusion, findet bei relativ hohen Temperaturen statt. Sie ist daher wegen des hohen thermischen Budgets und der damit verbundenen Kosten und Risiken ebenfalls nachteilig.
Nachteilig an den bisher bekannten Verfahren ist, dass die gedruckte
Aluminium-Pastenschicht ca. 40 μιτι (nach dem Sintern) dick sein muss, um hinreichend tiefe Legierungsbildung bzw. Aluminium-Dotiertiefe zu erhalten. Aufgrund des Bimetalleffekts zwischen ihr und dem Siliziumwafer führt eine Verringerung der Waferdicke unter die bisher typischen 180 μιτι zu einer nicht mehr tolerierbaren Waferverbiegung (sogenanntem Bow). Durch die nötige Dicke des Siliziumwafers und der daher benötigten Menge an Silizium entste- hen hohe Kosten für die Solarzelle.
Die Siebdruckmetallisierung der Rückseite hat einen nicht perfekten
Reflexionsfaktor von nur 65% für die langwelligen Anteile des Sonnenlichts, die bis zur Rückseite durchdringen. Eine wirksamere Verspiegelung von >90% würde die optische Weglänge des einfallenden Lichts und damit die Generation von Elektron-Loch-Paaren (d.h. den Strom) im Innern der Zelle erhöhen. Damit wird ein deutlicher Wirkungsgradgewinn erzielbar. Eine metallische Oberfläche, sowohl die eines Emitters als auch die eines
Back-Surface-Fields (BSF), hat trotz der Feldpassivierung durch Hochdotierung eine große Ladungsträger-Rekombinationsgeschwindigkeit. Um eine bessere Passivierung der Aluminium-dotierten Oberfläche der Rückseite zu ermöglichen, müssen die als Dotierquelle benötigte dicke Aluminium-Siebdruckschicht und die zwischen ihr und der Halbleiteroberfläche entstandene AISi-Eutekti- kumsschicht abgeätzt werden. Dazu ist aufgrund der Dicke der abzuätzenden Schichten bei den vorbekannten Verfahren eine große Menge Salzsäure nötig, was ein großes Entsorgungsproblem darstellt. Darüber hinaus muss ein Lasergraben die rückseitigen Emitterlötflächen umgeben, um die rückseitigen Emitterlötflächen von den sie umgebenden
Aluminiumflächen zu isolieren. Wenn die rückseitigen Emitterlötflächen die Form langer Busbars haben, entsteht dadurch das Risiko von mechanischer Schwächung durch sogenannte„Sollbruchstellen", die die Bruchrate deutlich erhöht.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Metal-Wrap-Through-Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten und sägeschadengeätzen Silizium-Substrat, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche aufweist, folgende Schritte umfassend:
Aufbringen einer Dünnschicht, die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche, Entfernen der Aluminium-Dünnschicht von Teilen der zweiten Hauptoberfläche zur Bildung von Lochbereichen mit einem ersten Durchmesser (dl), in denen das Silizium-Substrat freiliegt, Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden Paste auf die Aluminium-Dünnschicht zum Abdecken der Dünnschicht und von Teilen des Silizium-Substrats in den Lochbereichen, wodurch die Lochbereiche auf einen zweiten Durchmesser (d2) verkleinert werden, Bilden von Durchkontaktierungslöchern durch das Silizium-Substrat in den Lochbereichen, insbesondere mittels eines Lasers, Erhitzen und/oder Sintern der Paste auf der zweiten Hauptoberfläche, insbesondere bei Temperaturen über 800 °C, zur Erzeugung einer Aluminium- Dotierschicht in der zweiten Hauptoberfläche bei gleichzeitigem Dotieren der ersten Hauptoberfläche mit Phosphor, und Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium-Silizium-Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche, wodurch die Aluminium-Dotierschicht freigelegt wird.
Vorteilhaft hieran ist, dass auf technisch einfache Art und Weise eine Metal- Wrap-Through-Solarzelle mit einer Aluminium-Dotierschicht auf der zweiten Hauptoberfläche hergestellt wird. Zudem ist vorteilhaft, dass die Aluminiumschicht in direktem Kontakt zur zweiten Hauptoberfläche aufgebracht wird, dadurch kann beim Aufschmelzen am eutektischen Punkt die gesamte Schichtmenge an Aluminium unmittelbar, d.h. unverzögert bzw. unbehindert, zur Schmelzenbildung verbraucht werden. Zudem ist durch die Strukturierung der Aluminiumschicht, d. h. die Freilegung von Umgebungsbereichen der Durchkontaktierungslöcher, sichergestellt, dass die n + -Dotierung nicht die p + - Dotierung überkompensieren muss, wenn diese Bereiche mit anderer Polarität dotiert werden. Darüber hinaus wird durch die Abdeckung der Aluminiumschicht mit einer Glaspaste bzw. Glasschicht sichergestellt, dass beim Aufschmelzen des Aluminium-Silizium-Eutektikums im Wesentlichen an keiner Stelle die Schmelze offenlegt und somit auch bei einer senkrechten Position in einem Hochtemperaturofen die Eutektikumsschicht nicht zu Tropfen zusammenläuft, verspritzt oder oxidiert. Dadurch, dass die Glasabdeckung nur vorübergehend benötigt wird, kann sie deutlich dünner ausgeführt sein. Zudem führt die Glasabdeckung aufgrund ihres geringeren Ausdehnungskoeffizienten, der dem Silizium ähnlich ist, weitgehend zu keiner Verbiegung des Silizium- Substrats. Hierdurch steigt der Wirkungsgrad der Solarzelle und die Dicke des Silizium-Substrats kann deutlich reduziert werden, was erhebliche Kosten einspart. Zudem kann auf Isolationsgräben um die Durchkontaktierungslöcher verzichtet werden, was die Stabilität des Silizium-Substrats deutlich erhöht. Das Erhitzen und/oder Sintern kann bei einer Temperatur von mindestens 800 °C ablaufen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Aluminiumdotierung zusammen mit der Phosphordotierung der ersten Hauptoberfläche abläuft. Bei dem Verfahren kann die Paste mittels Drucken, insbesondere mittels Siebdruck, aufgebracht werden. Hierdurch werden die Kosten des Verfahrens weiter gesenkt. Zum anderen können so die Bereiche um die später zu bohrenden Durchkontaktierungslöcher mit einem zweiten Durchmesser d2 frei gelassen werden.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens werden ferner vor dem Aufbringen der Paste auf die zweite Hauptoberfläche eine dünne dielektrische Schicht, insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid umfassend, auf die Aluminium- Dünnschicht zur Vermeidung einer Oxidation des Aluminiums der Aluminium- Dünnschicht an Luft aufgebracht, und Teile der dielektrischen Schicht von der zweiten Hauptoberfläche zur Bildung der Lochbereiche mit dem ersten Durchmesser (dl) entfernt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Aluminium-Dünnschicht nicht oxidiert, was sich negativ auf die Erzeugung eines Aluminium- Eutektikums bzw. der Aluminiumdotierschicht auswirken könnte.
Bei dem Verfahren werden ferner nach dem Bohren der Löcher mittels Laser und vor dem Entfernen der Glasschicht die erste Hauptoberfläche, die Wände der Durchkontaktierungslöcher und die Lochbereiche anisotrop geätzt, insbesondere mit Kaliumhydroxid und Isopropanol, zur Bildung einer Texturierung. Die Texturierung erlaubt eine verbesserte Einkopplung des einfallenden
Sonnenlichts und damit einen höheren Wirkungsgrad und ein leichteres Aufbringen von weiteren Schichten.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden ferner die erste Hauptoberfläche durch Diffusion von Phosphor und durch Eintreiben des Phosphors während des Erhitzens und/oder des Sinterns der glasbildenden Paste zur Erzeugung einer Phosphordotierschicht in der ersten Hauptoberfläche dotiert und eine durch die Dotierung und anschließendem Eintreiben entstandene Phosphorsilikatglasschicht entfernt. Vorteilhaft hieran ist, dass auf tech- nisch einfache Art und Weise eine Phosphordotierschicht in der ersten Hauptoberfläche erzeugt wird. Da während der Phosphordiffusion die glasbildende Paste gesintert wird, wird ein zusätzlicher Temperaturschritt eingespart.
Bei dem Verfahren kann ferner nach dem Entfernen der Phosphorsilikatglas- schlicht eine Passivierungsschicht und/oder Antireflexionsschicht, insbesondere SiN oder SiN/Si02 umfassend, auf die erste Hauptoberfläche aufgebracht werden. Vorteilhaft hieran ist, dass durch eine Antireflexionsschicht weniger Licht reflektiert wird und durch eine Passivierungsschicht die Rekombination von Ladungsträgern sowie das Eindringen von Fremdatomen vermindert wird. Beides erhöht den Wirkungsgrad der Solarzelle bzw. verlängert die Lebensdauer der Solarzelle.
Bei einer Ausführungsform des Verfahren wird ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht auf die Wände der Durchkontaktierungslöcher und die Lochbereiche der zweiten Hauptoberfläche zur Herstellung einer Metallschicht eine silberhaltige Paste mittels Siebdruck aufgebracht und getrocknet.
Hierdurch wird technisch einfach eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche hergestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform werden ferner nach dem Aufbringen und Trocknen der silberhaltigen Paste zur Herstellung von Metallkontaktbahnen eine Metallpaste auf die erste Hauptoberfläche aufgebracht, wobei die Metallpaste Kontakt zu einem oder mehreren Durchkontaktierungslöchern hat, und die Metallpaste auf der ersten Hauptoberfläche und die silberhaltige Paste in den Durchkontaktierungslöchern und in den Lochbereichen der zweiten Hauptoberfläche zusammen gesintert und/oder erhitzt. Ein Vorteil hiervon ist, dass technisch einfach Metallkontaktbahnen auf der ersten Hauptoberfläche gebildet werden und durch das gemeinsame Sintern und/oder Erhitzen der Metallpaste auf der ersten Hauptoberfläche und der silberhaltigen Paste ein zusätzli- eher Schritt eingespart wird.
Die Metallpaste kann mittels Siebdruck-, Aerosoldruck- oder Dispensverfahren aufgebracht werden. Durch dieses kostengünstige Verfahren zum Aufbringen der Metallpaste wird eine gleichmäßige Dicke der Metallpaste über die gesamte erste Hauptoberfläche sichergestellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht eine Passivierungsschicht auf die zweite Hauptoberfläche aufgebracht und Teile der Passivierungsschicht von der zweiten Hauptoberfläche zum Erzeugen von lokalen Öffnungen zur Kontaktie- rung des Silizium-Substrats und zum Erzeugen der Lochbereiche um die Durch- kontaktierungslöcher mit einem dritten Durchmesser (d3), der einen Wert zwischen dl und d2 aufweist, entfernt, insbesondere mittels Ätzen oder
Laserablation. Die Passivierungsschicht und die Aluminiumschicht bilden einen deutlich besseren Infrarotlichtspiegel als die poröse AI-Schicht gemäß dem Stand der Technik. Dadurch wird ein höherer Stromertrag der Solarzelle erreicht.
Bei dem Verfahren können ferner nach dem Entfernen von Teilen der Passivie- rungsschicht eine weitere Aluminiumschicht und optional eine Nickelschicht auf die zweite Hauptoberfläche zum Kontaktieren des Silizium-Substrats in den Lochbereichen der zweiten Hauptoberfläche aufgebracht werden, insbesondere durch Sputtern oder Aufdampfen, und Teile der weiteren Aluminiumschicht und optionalen Nickelschicht von der zweiten Hauptoberfläche zur Freilegung der Lochbereiche um die Durchkontaktierungslöcher mit dem ersten Durchmesser (dl) entfernt werden, insbesondere durch Ätzen. Durch die Passivierungsschicht wird die Rekombination von Ladungsträgern vermindert, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht wird. Vorteilhaft hieran ist auch, dass auf technisch einfache Art und Weise die zweite Hauptoberfläche des Silizium- Substrats durch die weitere Aluminiumschicht kontaktiert wird. Darüber hinaus kann die Leerlaufspannung erhöht werden. Durch die optionale Nickelschicht wird das Aufbringen weiterer Schichten auf die zweite Hauptoberfläche wesentlich erleichtert. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht eine dünne, dielektrische Schicht auf die zweite Hauptoberfläche aufgebracht, Teile der dielektrischen Schicht von der zweiten Hauptoberfläche zur Freilegung von Lochbereichen mit dem dritten Durchmesser (d3) um die Durchkontaktierungslöcher und zur Bildung von Löt- kontaktflächenöffnungen mit einem vierten Durchmesser (d4) entfernt, und eine Metalllegierung, insbesondere Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn umfassend, auf die Metallkontaktbahnen der ersten Hauptoberfläche und die Lötkon- taktflächenöffnungen der zweiten Hauptoberfläche zur Verstärkung der Metallkontaktbahnen und/ oder Lötkontaktflächenöffnungen galvanisch und/oder chemisch aufgebracht. Hierdurch werden auf technisch einfache Art und
Weisen Lötkontaktflächenöffnungen hergestellt, die durch Löten einfach kontaktiert werden können, um die zweite Hauptoberfläche des Silizium- Substrats elektrisch zu kontaktieren. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls eine Metal-Wrap-Through- Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche aufweist, mit Durchkon- taktierungslöchern durch das Silizium-Substrat zur Verbindung der zweiten Hauptoberfläche mit der ersten Hauptoberfläche, wobei die zweite Hauptoberfläche eine Aluminiumdotierschicht aufweist und das Silizium-Substrat eine Dicke von weniger als ca. 200 μιτι, insbesondere weniger als ca. 180 μιτι, aufweist. Vorteilhaft an dieser Metal-Wrap-Through-Solarzelle ist, dass aufgrund der geringen Dicke weniger Silizium für das Silizium-Substrat benö- tigt wird, was Kosten einspart.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden durch die Zeich- nungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen: Fig. 1 - 19 Querschnittsansichten eines Silizium-Substrats nach verschiedenen Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Silizium-Substrats 1. Das Silizium- Substrat 1 ist n-dotiert oder p-dotiert. Das Silizium-Substrat 1 weist eine erste Hauptoberfläche 2 auf, die im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dient, und eine zweite Hauptoberfläche 3, die als Rückseite im Gebrauchszustand dient. Das Silizium 4 des Silizium-Substrats 1 kann monokristallin oder multikristallin sein. Die Oberflächen sind bereits sägeschadengeätzt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird eine möglichst reine, dünne Aluminium- schicht 5 auf die zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht. Unter einer möglichst reinen Aluminiumschicht ist eine Schicht zu verstehen, die im Wesentlichen nur Aluminium umfasst. Das Aufbringen kann beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern geschehen. Die Aluminium-Dünnschicht 5 deckt die zweite Hauptoberfläche 3 im Wesentlichen ab bis zu einem möglichst geringen
Abstand zu der Kante des Silizium-Substrats 1. Der Abstand zur Kante des Silizium-Substrats 1 kann auch gleich Null betragen. Die Schichtdicke der Aluminium-Dünnschicht 5 wird hinsichtlich der in einem späteren Verfahrensschritt beim Sintern bzw. Erhitzen hergestellten Tiefe einer Aluminium-Dotierschicht 6 gewählt. Die Aluminium-Dotierschicht 6 dient je nach Dotierung des Silizium-Substrats 1 als Emitter bzw. als Back-Surface-Field. Die Tiefe bzw. Dicke der in einem späteren Verfahrensschritt hergestellten Aluminium-Dotierschicht 6 beträgt vorzugsweise zwischen 1 μιτι und 10 μιτι.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren, optionalen Verfahrensschritt, in dem eine dünne dielektrische
Schicht 7 auf die Aluminium-Dünnschicht 5 aufgebracht wird, um eine Oxida- tion des Aluminiums an Luft zu vermeiden. Die dünne dielektrische Schicht 7 kann in derselben Aufdampf- oder Sputter-Anlage aufgebracht werden, in der die Aluminium-Dünnschicht 5 aufgebracht wird. Die dünne dielektrische
Schicht 7 umfasst vorzugsweise ein Oxid und/oder Nitrid.
Fig. 3 zeigt das Silizium-Substrat 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt. Eine Maskierungsschicht 8 wird auf die zweite Hauptoberfläche 3 des Silizium- Substrats 1 aufgebracht, welche Lochbereiche 9 mit einem ersten Durchmes- ser (dl) freilässt, in dem in einem späteren Verfahrensschritt die Durchkontak- tierungslöcher 10 der Metal-Wrap-Through-Solarzelle gebildet werden sollen. Nun werden mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Schichtstrukturierung, wie z. B. Ätzpastendruck, maskierte nasschemische Ätzung oder maskierte Trockenätzung, Teile der dünnen dielektrischen Schicht 7 entfernt, so dass die Aluminium-Dünnschicht 5 in den von der Maskierungsschicht 8 freigelassenen Bereichen 9 freiliegt. In diesen freigelegten Lochbereichen 9 werden später die Durchkontaktierungslöcher 10 bzw. Vias der Metal-Wrap-Through (MWT)-Zelle sowie die sie umgebenden Lötflächen gebildet. Der Durchmesser dieser Lochbereiche 9 beträgt nach diesem Schritt dl.
Im nächsten Verfahrensschritt wird die Aluminium-Dünnschicht 5 in den Lochbereichen 9 weggeätzt (siehe Fig. 4), wodurch das Silizium 4 des Silizium- Substrats 1 in den Lochbereichen 9 freiliegt, und anschließend die Maskierungsschicht 8 von der zweiten Hauptoberfläche 3 wieder entfernt. Alternativ kann, wenn die optionale dünne dielektrische Schicht 7 aufgebracht und mit Laserablation geöffnet wird , die Maskierungsschicht 8 vor diesem Verfahrensschritt weggelassen werden, da die dielektrische Schicht 7 die Aluminium- Dünnschicht 5 während des Ätzvorgangs schützt bzw. maskiert. Nun liegen an einer oder mehreren Stellen der zweiten Hauptoberfläche 3 das Silizium 4 des Silizium-Substrat 1 in einem Bereich mit dem ersten Durchmesser (dl) frei.
Das Silizium-Substrat 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt ist Fig. 5 gezeigt. In diesem Verfahrensschritt wird eine dielektrische, glasbildende Paste 11 auf die Aluminium-Dünnschicht 7 und Teile des Siliziums 4 des Silizium-Substrats 1 in den Lochbereichen 9 aufgebracht, so dass die Breite der Lochbereiche 9 von der ersten Breite dl auf die eine Breite (d2) verkleinert wird, wobei d2 nur wenig kleiner als dl ist. Dieses Aufbringen geschieht vorzugsweise mittels Siebdruck. Diese Abdeckung der Aluminium-Dünnschicht 5 durch eine dielektrische, glasbildende Paste 11 ist nur vorübergehend während des Verfahrens und wird in einem späteren Verfahrensschritt nach der Dotierung der zweiten Hauptoberfläche 3 wieder entfernt. Daher kann ihre Dicke möglichst dünn gewählt werden, vorzugsweise zwischen 10 μιτι bis 12 pm. Aufgrund der geringeren Dicke wird weniger Säure benötigt, um die in einem späteren Verfahrensschritt aus der Paste 11 entstehende Glasschicht 12 wieder aufzulösen bzw. zu entfernen.
Somit ist die Belastung des Ätzbades, in der Regel Flusssäure, mit aufzulösendem Material wenigstens ein Faktor 4 geringer als die Belastung des Salzsäurebads bei der Entfernung einer 40 μιτι dicken Siebdruck-Aluminiumschicht gemäß den vorbekannten Verfahren.
Im nächsten Verfahrensschritt werden mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren Durchkontaktierungslöcher 10 im Silizium-Substrat 1 erzeugt. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Löcher 60 bis 100 Löcher pro Silizium-Substrat 1. Die Durchkontaktierungslöcher 10 verbinden die zweite Hauptoberfläche 3 des Silizium-Substrats 1 mit der ersten Hauptoberfläche 2. Bevorzugt werden die Durchkontaktierungslöcher 9 durch Beschuss mit einem Laserstrahl 13 von der zweiten Hauptoberfläche 3 hergestellt. Vorzugsweise liegt der Durchmesser der Durchkontaktierungslöcher 10 zwischen 70 μιτι und 120 μιτι und der Durchmesser ist am Eintritt auf der zweiten Hauptoberfläche 3 etwas größer als am Austritt auf der ersten Hauptoberfläche 2. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 6 gezeigt.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem eine Texturierung geätzt wird. Die erfindungsgemäße Glasschicht 12 bzw. Glaspaste 11 der zweiten Hauptoberfläche 3 schützt die zweite Hauptoberfläche 3 im Wesentlichen vor der Ätzung mit Ausnahme der die Durchkontaktierungslöcher 10 umgebenden Lochbereiche 9. Somit erfolgt die Texturierung auf der ersten Hauptoberfläche 3, in den
Durchkontaktierungslöchern 10 bzw. Wänden der Durchkontaktierungslöcher 10 und in den Lochbereichen 9 mit dem zweiten Durchmesser (d2) auf der zweiten Hauptoberfläche 3.
Fig. 8 zeigt den Schritt des Phosphor-Dotierens. Bei diesem Verfahrensschritt erfolgt eine standardmäßige Phosphordiffusion mit anschließendem Eintreibschritt. Die Phosphordiffusion wird bevorzugt mit POCI3 14 bewerkstelligt. Beim Eintreibschritt, der oberhalb von 800 °C abläuft, wird das Phosphor in das Silizium-Substrat 1 eingetrieben und gleichzeitig bilden unter der Glasschicht 12 der zweiten Hauptoberfläche 3 die Aluminium-Dünnschicht 5 und das Silizium 4 an der zweiten Hauptoberfläche 3 eine flüssige eutektische AlSi- Phase. Die Dicke der flüssigen Schicht hängt zu jedem Zeitpunkt von der gerade herrschenden Temperatur und Dicke der Aluminium-Dünnschicht 5 ab. Bei der Abkühlung nach der Diffusion des Phosphors und anschließendem Eintreibschritt oberhalb von 800 °C rekristallisiert unterhalb der eutektischen Temperatur (ca. 577 °C) die Aluminium-dotierte Kristallschicht von innen nach außen zu einer p+-Schicht. Diese p+-Schicht stellt bei einem n-dotierten
Silizium-Substrat den Emitter, und bei einem p-dotierten Silizium-Substrat das Back-Surface-Field dar. Anschließend erstarrt die restliche eutektische Schmelze in Form der Randphasen des Phasendiagramms zur AlSi-Schicht mit körni- gern Gefüge. Vorzugsweise beträgt die Temperatur währen des Eintreibschrittes weniger als 900 °C. Bei der Phosphor-Dotierung wird hauptsächlich eine Phosphordotierschicht 15 in der ersten Hauptoberfläche 2, den Wänden der Durchkontaktierungslöcher 10 und den freigelegten Lochbereichen 9 der zweiten Hauptoberfläche 3 gebildet. Alternativ kann auch die Glaspaste 11 in einem von der Phosphordotierung unabhängigem Schritt erhitzt bzw. gesintert werden, vorzugsweise bei Temperaturen über 800 °C und/oder unterhalb von 900 °C, wodurch durch die oben beschriebenen Vorgänge unterhalb der Glasschicht 12 ebenfalls eine Aluminium-Dotierschicht 6 in der zweiten Hauptoberfläche 3 entsteht.
Nach der (gleichzeitigen) Dotierung der ersten Hauptoberfläche 2 mit Phosphor und der zweiten Hauptoberfläche 3 mit Aluminium können nun alle Schichten oberhalb dieser Dotierungsschichten 15, 6 auf der ersten Hauptoberfläche 2 und der zweiten Hauptoberfläche 3 entfernt werden. Dazu werden zunächst mit Flusssäure die dielektrischen Schichten, d. h. die beim Eintreibschritt entstandene Phosphorsilikatglasschicht und die aus der glasbildenden Paste 11 entstandene Glasschicht 12, und dann mit einer geeigneten Säure oder Lauge die AISi-Restschichten abgeätzt. Das Silizium-Substrat 1 nach diesem Verfahrensschritt ist in Fig. 9 gezeigt. Das Silizium-Substrat 1 weist zwei sogenannte p+-n+-Lücken 16 auf jeweils zwischen der Aluminium- Dotierschicht 6 der zweiten Hauptoberfläche 3 und dem Teil der zweiten Hauptoberfläche 3, das eine Phosphordotierschicht aufweist.
Fig. 10 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt. Bei diesem Verfahrensschritt wird eine Passivie- rungsschicht und/oder Antireflexionsschicht (ARC) 17 auf die erste Hauptoberfläche 2 aufgebracht. Bei diesem Aufbringen wird die eine Passivierungs- schicht und/oder Antireflexionsschicht 17 auch zum Teil auf die Wände der Durchkontaktierungslöcher 10 aufgebracht. Obwohl die Wände der Durchkon- taktierungslöcher 10 und die rückseitigen Lochbereiche 9 mit Phosphor dotiert wurden, werden sie bei den Standardprozessen für eine Abscheidung der Passivierungsschicht und/oder Antireflexionsschicht 17 wie beispielsweise Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) nur unvollkommen mit der Passivierungsschicht und/oder Antireflexionsschicht 17 bzw. einer Antire- flexionsschichtfolge bedeckt. Daher wird für die Metallisierung der Durchkon- taktierungslöcher 10 im nächsten Verfahrensschritt eine spezielle silberhaltige Paste gewählt, die n+-Oberflächen gut kontaktiert, allerdings den pn-Übergang in p-dotierten Materialien aber nicht durchdringt (sogenanntes Shunting). In n-dotierten Silizium-Substraten ist das Problem geringer, da hier nur ein n+-n- Übergang vorliegt, der nicht geshuntet werden kann.
Fig. 11 zeigt das Silizium-Substrat 1 nach diesem Verfahrensschritt, bei dem durch Drucken, Einsaugen und Trocknen der silberhaltigen Paste eine Metallisierung der Wände der Durchkontaktierungslöcher 10 und der rückseitigen Lochbereiche 9 hergestellt wurde, d. h. eine Metallschicht 18 auf diese aufgebracht wurde.
Anschließend wird mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie z. B. Siebdruck, Aerosoldruck, Dispensing, eine Metallpaste, vorzugsweise eine Silberpaste auf die erste Hauptoberfläche 2 aufgebracht. Diese Metallpaste bildet Metallkontaktbahnen 19, sogenannte schmale Finger. Alle Metallkontaktbahnen 19 bzw. Finger haben Kontakt zu mehreren der mit einer Metallschicht 18 versehenen Durchkontaktierungslöcher 10, damit der Strom zu den Kontakten auf der zweiten Hauptoberfläche 3 geleitet wird. Anschlie- ßend wird die Metallpaste der ersten Hauptoberfläche 2 zusammen mit der Silberpaste der zweiten Hauptoberfläche 3 gleichzeitig gesintert, beispielsweise in einem Ofenprozess. Das Silizium-Substrat 1 nach diesem Verfahrensschritt ist in Fig. 12 gezeigt. Fig. 13 zeigt das Silizium-Substrat 1 nach einem weiteren Verfahrensschritt, bei dem eine für p+- Dotierung geeignete Passivierungsschicht 20 vorzugsweise mittels PECVD-Verfahren auf die zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht wurde. Dies geschieht beispielsweise nach einer kurzen Behandlung mit Fluorwasserstoff HF, dem sogenannten HF-Dip. Anschließend wird diese Passivie- rungsschicht 20 mit einem der bekannten Verfahren (Laserablation, Ätzpaste, maskiertes nasschemisches Ätzen oder Ionenätzen) an vielen Stellen 21 der zweiten Hauptoberfläche 3 lokal geöffnet, d. h. eine so genannte PERC-Struk- tur wird vorbereitet. Dabei werden auch die Lochbereiche 9 um die Durchkon- taktierungslöcher 10 herum mit dem dritten Durchmesser (d3) geöffnet, der zwischen dl und d2 liegt. Dies ist in Fig. 14 gezeigt.
Anschließend wird die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 mit einer hinreichend dicken weiteren Aluminiumschicht 22 bedeckt. Das Aufbringen dieser weiteren Aluminiumschicht 22 kann beispielsweise durch ein PVD-Verfahren, z. B.
Sputtern oder Aufdampfen, geschehen. Die weitere Aluminiumschicht 22 berührt in den freigelegten Lochbereichen 9 der Passivierungsschicht 20 die zweite Hauptoberfläche 3 des Silizium-Substrats 1 direkt und liegt in allen anderen Bereichen der zweiten Hauptoberfläche 3 auf der Passivierungsschicht 20 auf. Dies ist in Fig. 15 gezeigt. Vorteilhafterweise wird in derselben PVD- Anlage eine dünne nickelhaltige Schicht auf die weitere Aluminiumschicht 22 abgeschieden, um auf dieser in den Busbar-/Sammelschienenbereichen oder Lötkontaktflächenbereichen in einem späteren Verfahrensschritt durch einen chemischen und/oder galvanischen Prozess eine lötfähige Schicht abscheiden zu können bzw. dies zu erleichtern.
Fig. 16 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren maskierten Ätzprozess. Eine Maskierungsschicht 8 wurde auf die zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht, die einen Bereich mit dem ersten Durchmesser (dl) um die Durchkontaktierungslöcher 10 freilässt. Beim Ätzen wird ein Lochbereich 9 mit dem ersten Durchmesser (dl) um jedes Durchkon- taktierungsloch 10 von der weiteren Aluminiumschicht 22 und der optionalen Nickelschicht befreit. Der erste Durchmesser (dl) entspricht der Öffnungsbreite in der Aluminium-Dotierschicht 6 der zweiten Hauptoberfläche 3. Um die Verstärkung, d. h. die Abscheidung von lötfähigen Schichten, auf die Lötkontaktflächenbereiche einzuschränken, wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine dünne dielektrische Schicht 23 auf die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 abgeschieden (siehe Fig. 17) und anschließend Teile der dünnen dielektrischen Schicht 23 entfernt, um Lötkontaktflächenbereiche 24 mit dem vierten Durchmesser (d4) und Lochbereiche 9 der Breite d3 bzw. mit dem dritten Durchmesser (d3) um die Durchkontaktierungslöcher 10 herzustellen. Dies kann mit einem der bekannten Verfahren, wie z. B. Laserablation,
Ätzpaste, maskiertem nasschemischen Ätzen oder Ionenätzen, geschehen. In Fig. 18a bzw. 18b ist gezeigt, dass eine Maskierungsschicht 8 auf die zweite Hauptoberfläche aufgebracht wurde, die Lochbereiche 9 mit dem dritten
Durchmesser (d3) um die Durchkontaktierungslöcher 10 bzw. Lötkontaktbereiche 24 mit dem vierten Durchmesser (d4) freilässt. Nach dem Entfernen der dünnen dielektrischen Schicht 7 wird die Maskierungsschicht 8 wieder entfernt.
Abschließend werden in einem galvanischen oder chemischen Abscheidprozess die Metallkontaktbahnen 19 bzw. Finger auf der ersten Hauptoberfläche 2 und die Lötkontaktflächen 24 beider Polaritäten auf der zweiten Hauptoberfläche 3 mit je einer lötfähigen Schichtfolge 25 bzw. 26 verstärkt (siehe Fig. 19). Die lötfähigen Schichtfolgen umfassen bevorzugt eine geeignete Kombination der Metalle Nickel, Silber, Kupfer und Zinn.
An dieser Stelle sei darauf hin hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Schritte des Verfahrens für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Im Übrigen ist die Ausführung der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränk, sondern lediglich durch den Schutzbereich der anhängenden Patentansprüche.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Metal-Wrap-Through-Solarzelle aus
einem p-dotierten oder n-dotierten und sägeschadengeätzen Silizium- Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, folgende Schritte umfassend:
- Aufbringen einer Dünnschicht (5), die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche (3), - Entfernen der Aluminium-Dünnschicht (5) von Teilen der zweiten
Hauptoberfläche (3) zur Bildung von Lochbereichen (9) mit einem ersten Durchmesser (dl), in denen das Silizium-Substrat (1) freiliegt, - Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden
Paste (11) auf die Aluminium-Dünnschicht (5) zum Abdecken der Dünnschicht
(5) und von Teilen des Silizium-Substrats (1) in den Lochbereichen (9), wodurch die Lochbereiche (9) auf einen zweiten Durchmesser (d2) verkleinert werden,
- Bilden von Durchkontaktierungslöchern (10) durch das Silizium- Substrat (1) in den Lochbereichen (9), insbesondere mittels eines Lasers (13), - Erhitzen und/oder Sintern der Paste (11) auf der zweiten Hauptoberfläche (3), insbesondere bei Temperaturen über ca. 577 °C, zur Erzeugung einer Aluminium-Dotierschicht (6) in der zweiten Hauptoberfläche (3), und - Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht (12) und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium-Silizium-Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche (3), wodurch die Aluminium-Dotierschicht
(6) freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen und/oder Sintern bei einer Temperatur von mindestens 800 °C abläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Paste (11) mittels Drucken, insbesondere mittels Siebdruck, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner vor dem Aufbringen der Paste (11) auf die zweite Hauptoberfläche (3)
- eine dünne dielektrische Schicht (7), insbesondere ein Oxid und/ oder ein Nitrid umfassend, auf die Aluminium-Dünnschicht (5) zur Vermeidung einer Oxidation des Aluminiums der Aluminium-Dünnschicht (5) an Luft aufgebracht wird, und
- Teile der dielektrischen Schicht (7) von der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Bildung der Lochbereiche (9) mit dem ersten Durchmesser (dl) entfernt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner vor dem Entfernen der Glasschicht die erste Hauptoberfläche (2), Wände der Durchkontaktierungslöcher (10) und die Lochbereiche (9) geätzt werden, insbesondere mit Kaliumhydroxid und Isopropanol, zur Bildung einer Texturierung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner die erste Hauptoberfläche (2) durch Diffusion von Phosphor und durch Eintreiben des Phosphors während des Erhitzens und/oder des Sinterns der glasbildenden Paste (11) zur Erzeugung einer Phosphordotierschicht (15) in der ersten Hauptoberfläche (2) dotiert wird und
- eine durch die Dotierung und anschließendem Eintreiben entstandene Phosphorsilikatglasschicht entfernt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ferner nach dem Entfernen der Phosphorsilikatglasschicht eine Passivierungsschicht und/oder Antireflexions- schicht (17), insbesondere SiN oder SiN/Si02 umfassend, auf die erste Hauptoberfläche (2) aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht (6) auf die Wände der Durchkontaktierungslöcher (10) und die Lochbereiche (9) der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Herstellung einer Metallschicht (18) eine silberhaltige Paste mittels Siebdruck aufgebracht und getrocknet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei ferner nach dem Aufbringen und
Trocknen der silberhaltigen Paste
- zur Herstellung von Metallkontaktbahnen eine Metallpaste (19) auf die erste Hauptoberfläche (2) aufgebracht wird, wobei die Metallpaste Kontakt zu einem oder mehreren Durchkontaktie- rungslöchern (10) hat, und
- die Metallpaste (19) auf der ersten Hauptoberfläche (2) und die silberhaltige Paste in den Durchkontaktierungslöchern (10) und in den Lochbereichen (9) der zweiten Hauptoberfläche (3) zusammen gesintert und/oder erhitzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Metallpaste (19) mittels
Siebdruck-, Aerosoldruck- oder Dispensverfahren aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht (6) - eine Passivierungsschicht (20) auf die zweite Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird und
- Teile der Passivierungsschicht (20) von der zweiten Hauptoberfläche (3) zum Erzeugen von lokalen Öffnungen (21) zur Kontak- tierung des Siliziums-Substrats (1) und zum Erzeugen der Lochbereiche (9) um die Durchkontaktierungslöcher (10) mit einem dritten Durchmesser (d3), der einen Wert zwischen dl und d2 aufweist, entfernt werden, insbesondere mittels Ätzen oder Laserablation.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei ferner nach dem Entfernen von
Teilen der Passivierungsschicht
- eine weitere Aluminiumschicht (22) und optional eine Nickelschicht auf die zweite Hauptoberfläche (3) zum Kontaktieren des Silizium-Substrats (1) in den Lochbereichen (9) der zweiten Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird, insbesondere durch Sput- tern oder Aufdampfen, und
- Teile der weiteren Aluminiumschicht (22) und optionalen Nickelschicht von der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Freilegung der Lochbereiche (9) um die Durchkontaktierungslöcher (10) mit dem ersten Durchmesser (dl) entfernt wird, insbesondere durch Ätzen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht (6)
- eine dünne dielektrische Schicht (7) auf die zweite Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird,
- Teile der dielektrischen Schicht (7) von der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Freilegung von Lochbereichen (9) mit dem dritten Durchmesser (d3) um die Durchkontaktierungslöcher (10) und zur Bildung von Lötkontaktflächenöffnungen (24) mit einem vierten Durchmesser (d4) entfernt werden und - eine Metalllegierung, insbesondere Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn umfassend, auf die Metallkontaktbahnen (19) der ersten Hauptoberfläche (2) und die Lötkontaktflächenöffnungen (24) der zweiten Hauptoberfläche (3) zur Verstärkung der Metallkontakt- bahnen (19) und/oder Lötkontaktflächenöffnungen (24) galvanisch und/oder chemisch aufgebracht wird.
14. Metal-Wrap-Through-Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichtei nfa 11 ssei- te dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, mit Durchkontaktierungslöchern (10) durch das Silizium-Substrat (1) zur Verbindung der zweiten Hauptoberfläche (3) mit der ersten Hauptoberfläche (2), wobei die zweite Hauptoberfläche (3) eine Aluminiumdotierschicht (6) aufweist und das Silizium-Substrat (1) eine Dicke von weniger als ca. 200 μιτι aufweist.
15. Metal-Wrap-Through-Solarzelle nach Anspruch 14, wobei eine Passivie- rungsschicht (20), die auf der Aluminiumdotierschicht (6) angeordnet ist, mit Öffnungen (9) und eine auf der Passivierungsschicht (20) ange- ordnete weitere Aluminiumschicht (22) zum Kontaktieren der Aluminium-
Dotierschicht (6) in den Öffnungen (9) vorgesehen sind.
16. Metal-Wrap-Through-Solarzelle nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine n ickel ha Itige Metallschicht und eine Isolierschicht (7) auf der weiteren Aluminiumschicht (22) angeordnet sind, wobei die Isolierschicht (7) in
Lochbereichen (9) mit einem Durchmesser d3 und in den Lötkontaktbereichen (24) mit einem Durchmesser d4 entfernt ist, und wobei diese Bereiche mit einer in einem chemischen oder galvanischen Verfahren gebildeten lötfähigen Schicht oder Schichtfolge belegt sind.
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