EP2898538A1 - Photovoltaic solar cell and method for producing a photovoltaic solar cell - Google Patents

Photovoltaic solar cell and method for producing a photovoltaic solar cell

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EP2898538A1
EP2898538A1 EP13762469.8A EP13762469A EP2898538A1 EP 2898538 A1 EP2898538 A1 EP 2898538A1 EP 13762469 A EP13762469 A EP 13762469A EP 2898538 A1 EP2898538 A1 EP 2898538A1
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EP
European Patent Office
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semiconductor substrate
solar cell
contact structure
emitter
method step
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13762469.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Benjamin Thaidigsmann
Elmar LOHMÜLLER
Florian Clement
Andreas Wolf
Daniel Biro
Ralf Preu
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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

Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 6.
  • Photovoltaic solar cells typically consist of a semiconductor structure having a base and an emitter region, wherein the semiconductor structure is typically formed substantially by a semiconductor substrate, such as a silicon substrate.
  • the semiconductor structure In the semiconductor structure, light is typically coupled via the front side of the solar cell, so that after absorption of the injected light in the solar cell, a generation of electron-hole pairs takes place. Between the base and emitter region, a pn junction forms, at which the generated pairs of charge carriers are separated.
  • a solar cell comprises a metallic emitter and a metallic base contact, which are each connected in an electrically conductive manner to the emitter or to the base. Via these metallic contacts, the charge carriers separated at the pn junction can be dissipated and thus supplied to an external circuit or an adjacent solar cell when the module is connected to a module.
  • the present invention relates to such solar cell structures, in which both electrical contacts of the solar cell are arranged on the back, wherein the base of the solar cell via a rear-mounted metallic base contact structure and the emitter of the solar cell via a rear-mounted metallic Rear contact structure is electrically contacted.
  • This is in contrast to standard solar cells, where typically the metallic emitter contact on the front and the metallic base contact on the back of the solar cell.
  • the invention relates here to a special embodiment of a back-contactable solar line, the metal-wrap-through solar cell (MWT solar cell).
  • the MWT structure has the advantage that the charge carriers are collected from the emitter on the front side via the front side contact structure and thus no ohmic losses are caused by any charge carrier transport within the semiconductor substrate from the front to the rear with respect to the emitter region. Furthermore, the back-side contactability of both the base and emitter regions results in a simpler interconnection of the MWT solar cells in the module compared to standard solar cells.
  • a disadvantage of the MWT structure is that, compared with standard solar cells, additional structures, such as the recesses and the metallic transmission structures through the recesses, must be generated, so that a higher complexity and thus higher costs compared with the production of Standard solar cells are present.
  • additional loss mechanisms in particular short-circuit currents can occur, provided that the back contact structure erroneously in the base area of the half ! eitersubstrates penetrates (so-called "spiking" or "shunting" which significantly reduces the efficiency of the solar cell.
  • EP 0 985 233 it is proposed in EP 0 985 233 to lead the emitter through the recesses and on the back beyond at least the areas covered by the back contact structure, so that the back contact structure serving for external contact of the emitter does not cover a region of the semiconductor substrate Basic funding covered.
  • this requires complex processing and several costly masking steps.
  • WO 2012/026812 disclosed MWT structure in which no emitter is formed on the walls of the recesses and the metallic passage structure immediately adjacent to the semiconductor substrate, d. H. is not isolated by an electrically insulating intermediate layer in the recesses of these. According to the teaching of this disclosure, therefore, the through-metallization is to be formed with a conductivity decreasing toward the edges in a horizontal direction from the center of the through-metallization.
  • the invention is therefore based on the object to provide a MWT solar cell and a method for producing a MWT solar cell, which is characterized by a reliable and robust and at the same time inexpensive structure.
  • This object is achieved by a photovoltaic solar cell according to claim 1 and by a method for producing a photovoltaic solar cell according to claim 6.
  • Advantageous embodiments of the photovoltaic solar cell according to the invention can be found in claims 2 to 5.
  • Advantageous embodiments of the method according to the invention can be found in claims to 15. The wording of all claims is hereby explicitly incorporated by reference into the description.
  • the photovoltaic solar cell according to the invention is preferably formed by the method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • the method according to the invention is preferably designed to form a solar cell according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • the present invention is based on the finding that, surprisingly, the previous optimizations of MWT structures emanated from an erroneous weighting of the loss mechanisms, so that according to the previously known teaching for the formation of an efficient and reliable WT solar cell, an emitter on the walls of the recesses and / or an electrically insulating layer on the walls of the recesses and / or at least one passage structure with to the walls of the recess in decreasing conductivity is absolutely necessary.
  • the photovoltaic solar cell according to the present invention has a front surface adapted for light coupling, and comprises a semiconductor substrate of a base doping type, at least one emitter region of an emitter doping type formed on the front side opposite to the base doping type.
  • Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto.
  • the solar cell further comprises at least one metallic front side contact structure formed on the front side for current collection electrically conductively connected to the emitter region, at least one metallic base contact structure disposed on the back side of the solar cell and electrically connected to the semiconductor substrate in a region of the base doping type is conductively connected, at least one extending from the front to the back recess in the semiconductor substrate and at least one passage structure, wherein the passage structure in the recess from the front to the back of the semiconductor substrate out and electrically conductively connected to the front side contact structure and at least a metallic backside contact structure, which is arranged on the back and is electrically conductively connected to the passage structure.
  • An electrically insulating insulating layer is indirectly or preferably arranged directly on the rear side of the semiconductor substrate, covering the rear side at least in the region surrounding the recess, preferably completely.
  • the rear-side contact structure is indirectly or preferably arranged directly on the insulating layer, so that the rear-side contact structure is electrically insulated by the insulating layer from the semiconductor substrate located below the insulating layer.
  • the solar cell according to the invention thus corresponds to the proven MWT structure described, for example, in DE 10 2010 026 960 A1.
  • the passage structure adjacent directly to a base region of the Basisdot michstyps is essential that it offers cost advantages, no emitter to form the back and that due to the comparatively small area proportions, an immediate adjoining of the passage structure to the base area on the walls of the recess does not or only slightly leads to an impairment of the efficiency and the behavior in the case of partial shading of the solar cell.
  • the passage structure can be formed homogeneously, in particular with homogeneous conductivity, and it is especially special no to the walls of the recesses down decreasing conductivity necessary.
  • the method according to the invention for the production of a photovoltaic solar cell with a front face designed for coupling light comprises the following method steps:
  • a plurality of recesses are produced in a semiconductor substrate of a basic doping type.
  • one or more emitter regions of an emitter doping type are produced at least at the front side of the semiconductor substrate, the emitter doping type being opposite to the base doping type.
  • a method step C an electrically insulating insulation layer is applied to the rear side of the semiconductor substrate.
  • at least one metallic base contact structure is produced on the rear side of the solar cell, which is formed in an electrically conductive manner with the semiconductor substrate in a base doping region.
  • at least one metallic front-side contact structure is produced on the front side of the solar cell, which is formed to be electrically conductive with the emitter region on the front side of the semiconductor substrate, and at least one rear-side contact structure is produced on the rear side of the solar cell, which is formed to be electrically conductively connected to the via contact structure becomes.
  • the insulating layer is applied indirectly or preferably directly covering the rear side of the semiconductor substrate.
  • the back contact structure is indirectly or preferably applied directly to the insulation layer such that the back contact structure extends over the region of the semiconductor base semiconductor substrate and electrical isolation between backside contact structure and semiconductor substrate is formed in these regions at least on the basis of the intervening insulation layer.
  • the base contact structure is indirectly or preferred in process step D on the insulating layer applied directly, such that the base contact structure penetrates the insulating layer at least partially, so that an electrically conductive connection between the base contact structure and the semiconductor substrate is generated.
  • the method according to the invention corresponds for example to that described in DE 10 2010 02 960 A1.
  • the method according to the invention is less expensive than previously known methods, in particular with respect to the method described in DE 10 2010 026 960 A1.
  • a further surface treatment of the semiconductor substrate in the recesses is essential, since otherwise the emitter formed on the walls of the recess would be disadvantageous (with a high j 0 2 component in the associated two-diode model, ie a leakage current in the space charge zone) is formed.
  • method step A is carried out after method step B and preferably also after method step C. Because this ensures that in step B, no emitter can be formed on the walls of the recess, since the recess are generated only after and / or that the insulating layer is opened in a simple manner at the recesses and no insulation layer is formed in the recesses, since the recesses are generated only after formation of the insulation layer.
  • method step A is performed before process step B and preferably also before method step C.
  • an emitter is also formed on the walls of the recesses produced in method step A, if appropriate also on the solar cell rear side. Therefore, in this preferred embodiment, in a method step X after method step B, the emitter is removed again on the walls of the recesses and possibly also on the solar line rear side. This can preferably be done by means of a wet-chemical or plasma-based emitter residues.
  • method step A is carried out before method step B and preferably also before method step C.
  • a diffusion barrier layer is applied to the walls of the recess, in particular also on the solar cell rear side, which thus prevents in step B the formation of an emitter on the walls of the recess and optionally on the solar cell rear side.
  • This diffusion barrier layer is deposited in a method step Y2 according to the method. Step B is removed again.
  • Process step Y1 is preferably carried out by generating a diffusion barrier layer by thermal oxidation, optionally with the interposition of further steps, by physical coating methods such as sputtering or chemical deposition methods, in particular PECVD.
  • Suitable materials for diffusion barrier layers are, in particular, SiOx, SiNx, AlOx, SiCx, TiNx. Furthermore, spraying and printing processes can be used to produce suitable diffusion barrier layers. Method step Y2 is preferably carried out by removing the diffusion barrier layer again by wet-chemical or plasma-based etching methods. Preferably, the diffusion barrier layer is removed together with the dopant source, preferably with hydrofluoric acid.
  • no emitter is formed in the photovoltaic solar cell according to the invention at the back of the solar cell.
  • expensive process steps in particular masking or selective printing of doping pastes on the back are saved.
  • the metallic backside contact structure covers at least 0.1% of the backside insulating layer, more preferably at most 5% of the backside insulating layer. Preferably a coverage in the range 0.5% to 3%, especially 0.5% to 1.5% of the backside insulating layer. The abovementioned percentages relate to the area coverage.
  • the solar cell according to the invention preferably has a multiplicity of recesses with passage structures, preferably between 10 and 70 per solar cell.
  • the passage structures are preferably formed by means of a non-contacting metal paste.
  • non-contacting metal pastes are known per se and described, for example, in Michael Neidert et al. , "DEVELOPMENT OF VIA PASTES FOR HIGH
  • the lead-through structures in method step D by means of metal pins or by means of conductive adhesive.
  • the feedthrough structures electrically connect the front-side contact structure to the rear-side contact structure, preferably with an electrical line resistance from front to back of less than 20mOhm, preferably less than 10mOhm, more preferably less than 5mOhm.
  • the lead-through structures are preferably metal-containing, in particular metallic.
  • the passage structures are formed homogeneously or at least substantially homogeneously in terms of conductivity.
  • a simpler and more cost-effective production of a passage structure without the above-described course of the conductivity in the horizontal direction is given.
  • the transmission structure is formed directly adjacent to one or more base regions of the basic doping type.
  • no emitter region extending parallel to the rear side is formed on the rear side of the semiconductor substrate adjacent to the recess.
  • the recesses by means of a laser, this can be used in a cost-effective manner known per se devices for solar cell production.
  • the use of a guided in a liquid jet laser is advantageous because here an exact, approximately cylindrical recess can be formed and beyond by the choice of additives in the liquid surface at the recesses with a relatively low damage and thus low surface recombination can be created.
  • the emitter is formed by means of back-to-back diffusion.
  • the semiconductor substrates are placed with the backs abutting each other in the diffusion space, so that - without additional masking layers are necessary - the emitter diffusion takes place only on the respective front side of the semiconductor substrate.
  • process step B takes place after process step C.
  • the insulating layer applied in process step C acts as a diffusion barrier on the rear side of the semiconductor substrate in the indirectly or immediately following process step B, so that the formation is cost-effective due to this multiple function of the isoization layer of the emitter is achieved only at the front side of the semiconductor substrate.
  • a method step T texturing of at least the front side of the semiconductor substrate is performed.
  • texturing can be carried out in a manner known per se, for example by forming so-called "random pyramids" or other optical textures known per se for increasing light coupling and / or internal reflection Process step C is performed.
  • the insulating layer can additionally serve as a masking layer such that a texture is formed only on the front side of the semiconductor substrate.
  • a multiple function of the insulation layer thus takes place, so that process steps can be economized in a cost-effective manner.
  • the solar cell according to the invention and the method according to the invention have a considerable advantage in terms of flexibility in the choice of the solar cell structure to be formed:
  • a plurality of so-called precursors are therefore initially provided in the method according to the invention by carrying out in each case method steps B and C and preferably also method step T on a large number of semiconductor substrates.
  • the electrically insulating insulating layer on the back of the solar cell according to the invention covers the back preferably substantially over the entire surface, is designed as a passivation layer and thus fulfills several functions:
  • the insulating layer of electrical insulation between see metallic rear contact structure and semiconductor substrate On the other hand, it preferably also serves to electrically isolate the metallic base contact structure from the semiconductor substrate, with the exception of a plurality of smaller areas compared to the entire rear surfaces of the solar cell, to which the base contact structure contacts the semiconductor substrate and is electrically conductively connected thereto.
  • the passivation layer advantageously serves to improve the internal reflection of the Solar cell and / or the photoseltenpassivitation.
  • the dielectric passivation layer may be formed as a silixium oxide layer, in particular a silicon dioxide layer. It is likewise within the scope of the invention to carry out the dielectric layer as silicon nitride layer, aluminum oxide layer or silicon carbide layer. Likewise, it is within the scope of the invention to use a system of several different layers (stack system) as insulation layer, wherein preferably the different layers fulfill different functions.
  • stack system stack system
  • Layer system for example, a passivating layer to reduce the surface recombination (in particular one or more of the following layers SiO x , Al x O y , SiN x , Si x N y O z , SiC x ), an electrically insulating layer and possibly an additional protective layer (for example, SiN x ), which protective layer protects the substrate and the underlying layers at high temperature steps such as contact firing before the material used as back contact (typically aluminum for the contact of p-doped regions).
  • a leveling of the back of the semiconductor substrate In a preferred embodiment of the inventive method erfoigt before step B optionally with the interposition of further process steps, a leveling of the back of the semiconductor substrate.
  • the typically used semiconductor substrates in particular monocrystalline silicon wafers, multicrystalline silicon wafers or microcrystalline silicon wafers typically have unevenness which can lead to uneven coverage and resulting losses in efficiency. A level tion avoids such efficiency losses.
  • the leveling is preferably carried out by unilateral removal of a semiconductor layer on the rear side of the semiconductor substrate. In particular, it is advantageous to achieve one-sided removal by wet-chemical etching, by laser ablation or by plasma etching.
  • the insulating layer can be applied by means of a per se known method, in particular plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), tube furnace processes, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or cathode sputtering has the advantage that no removal of silicon dioxide in unwanted areas such as For example, the front of the semiconductor substrate is necessary. Also advantageous is the use of diffusion barriers, which are applied by pressure, spraying or spin-coating, since industrially inexpensive implementable methods are available for this purpose.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • APCVD atmospheric pressure chemical vapor deposition
  • cathode sputtering has the advantage that no removal of silicon dioxide in unwanted areas such as For example, the front of the semiconductor substrate is necessary.
  • diffusion barriers which are applied by pressure, spraying or spin-coating, since industrially inexpensive implementable methods are available for this purpose.
  • the emitter regions of the solar cell according to the invention can be produced in a simple manner.
  • the emitter region or regions is produced on the front side of the semiconductor substrate comprising one of the following method steps: Producing the emitter regions by means of diffusion after depositing a dopant source on the front side of the semiconductor substrate enables the use of cost-effective process methods, in particular APCVD, PECVD, spraying, printing , Necking and settling in a dip. It is particularly advantageous to carry out the diffusion in an inline oven.
  • the emitter can also be produced by ion implantation.
  • the production of the recesses in which the passage structure is formed in further method steps is preferably carried out by laser ablation. on. The advantage of using laser methods is that it is possible to fall back on known process parameters and to be able to inexpensively integrate the method into industrial production lines.
  • the metallic structures for contacting the emitter, front contact structure, via contact structure, and back contact structure have been referred to above with the three terms for identifying the local arrangement. It is within the scope of the invention to form these structures in multiple pieces, it is also within the scope of the invention to form only a one-piece metallization structure comprising front side contact structure, passage structure and back contact structure.
  • the front-side contact structure, rear-side contact structure and passage contact structure are formed by screen printing.
  • This screen printing paste is used, which contains metal particles.
  • a metal-containing paste is preferably by screen printing on the back of the semiconductor substrate, optionally applied to further intermediate layers, such that the paste penetrates the recesses.
  • the emitter has the n-doping type and the base the p-type doping. It is likewise within the scope of the invention to form emitters and bases with doping types exchanged therefor.
  • the semiconductor substrate is preferably formed as a silicon substrate, in particular as mono- or more preferably multicrystalline silicon wafer.
  • a silicon wafer with a base resistance in the range of 0, 1 ohm cm to 10 ohm cm is formed.
  • An essential aspect of the present invention is that on the back of the semiconductor substrate and on the Walls of the recesses are not explicitly formed an emitter.
  • the emitter it is within the scope of the invention for the emitter to penetrate somewhat into the recesses, ie, starting from the front side of the semiconductor substrate, the emitter extends on the walls of the recesses.
  • the emitter it is essential that the emitter is not guided to the rear side of the semiconductor substrate, so that no emitter is formed on the walls of the recesses at least in the area of the recess facing the rear side.
  • the emitter formation is limited to the front side of the semiconductor substrate and thus a few ⁇ m of the walls of the recess on the front side of the semiconductor substrate.
  • the metallic front side contact structure is preferably formed in a manner known per se, in particular by means of comb-like or double-comb metallic contacting fingers, which contact the emitter and thus dissipate the current, wherein the aforementioned contacting fingers are electrically conductively connected to the respective feedthrough structures, such that the current is conducted to a back external contact.
  • FIG. 1 For brevity, the formation of front-side contact structure and / or rear-side contact structure and / or via contact structure by galvanic deposition, dispensing, vapor deposition, cathode sputtering or printing methods such as inkjet or aerosol.
  • the metallic back-side contact structure and the metallic base contact structure are spaced apart from one another in order to avoid a short circuit.
  • the distance between these two contact structures is at least 100 ⁇ .
  • the formation of these contact structures can be effected in a manner known per se and in a manner known per se, as in previously known MWT solar cells.
  • the aforesaid distance between the contact structures is preferably chosen such that process fluctuations can be tolerated and losses due to the transport of charge carriers in the base to the next possible electrically conductive connection are simultaneously minimized.
  • the contact structures preferably have areas (so-called pads), which are provided with a special surface finish and / or material composition in order to simplify the electrical connection for an external interconnection.
  • a sawing damage which is typically present in a semiconductor substrate
  • a texturing of the front side of the semiconductor substrate preferably by wet-chemical processes or plasma processes
  • a leveling of the back side of the semiconductor substrate in particular by one-sided wet-chemical processes or plasma processes.
  • a cleaning to remove contaminants can take place.
  • various process sequences can be used in a conventional manner. It is essential that the insulating layer has an electrically insulating effect on the rear side.
  • a single-layer or multi-layer antireflection layer can be applied on the front side, for example by means of PECVD or by means of sputtering. It is likewise within the scope of the invention to apply such an antireflection layer before method step B and to additionally provide the antireflection layer with a dopant source for forming the emitter.
  • the recesses are preferably formed (method step A), the passage structures, the metallic base contact structure, the metallic front-side contact structure and the metallic back-side contact structure (method step D).
  • method step A the formation of the recesses by means of a laser.
  • the metallic contact structures on the front and the back for contacting the emitter may preferably be effected by means of screen printing.
  • the metallic base contact structure can take place by screen printing.
  • known methods in particular the so-called LFC method, can be used by local melting by means of a laser.
  • the solar cell structure according to the invention and the method according to the invention are characterized in particular by the fact that there are no or only slight restrictions with regard to the choice of methods for forming the metallic contact structures, so that the common known methods are used and used depending on the design of the process line can be.
  • a contact firing takes place, if this is necessary for the metallizations.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a partial section of an embodiment of a solar cell according to the invention
  • FIG. 2 shows a comparison of the characteristics of three MWT solar cells
  • the solar cell according to the invention in FIG. 1 comprises a p-doped semiconductor substrate 1, which is designed as a monocrystalline or multicrystalline silicon wafer with a base resistance of 0.1 ohm cm to 10 ohm cm.
  • a front emitter region 2 is formed on the front side shown in Figure 1 above.
  • the front side has texturing to increase the light coupling and, in addition, to increase the light coupling on the front side of the semiconductor substrate 1, an antireflection layer 3 in the form of a silicon nitride layer 3 with a thickness of approximately 70 nm is arranged.
  • Figure 1 shows only a partial section of the solar cell according to the invention with only one recess 4.
  • the solar cell continues mirror images to the right and left and has a plurality of recesses, as known per se in MWT solar cell structures.
  • the recess 4 extends from the front to the back of the solar cell and is approximately cylindrical. 68940
  • the rear side of the semiconductor substrate 1 is covered by an insulating layer 6 formed by a layer system of aluminum oxide and silicon nitride with a total thickness of 100 nm, which thus additionally serves as a passivation layer for reducing the surface recombination velocity.
  • the insulating layer 6 covers the rear side of the semiconductor substrate 1 over the whole area and in turn is covered both by a metallic rear contact structure 7 and by a plurality of metallic base contact structures 8, 8 '.
  • the base contact structures 8, 8 ' penetrate the insulating layer 6 at a plurality of point-like contacting regions, so that there is an electrical contact between the base contact structures 8, 8' and the semiconductor substrate.
  • a metallic front side contact structure 9 is formed, which is electrically conductively connected to the emitter region 2.
  • the front side contact structure 9 is immediate, i. H. arranged without an intermediate anti-reflection layer 3 on the semiconductor substrate 1.
  • a metallic passage structure 10 is formed in the recess 4. Front contact structure 9, transmission structure 10 and back contact structure 7 are integrally formed in this embodiment and accordingly electrically conductively connected to each other.
  • the back contact structure 7 covers the semiconductor substrate 1 in the region of the base doping, but is electrically insulated therefrom by the intervening insulation layer 6 and formed on the back of the semiconductor substrate 1 and in particular in the areas A and A 'no emitter. Only in the region marked B and B 'in FIG. 1, in which the emitter region 2 adjoins the recess 4 at the front side, does the emitter penetrate a few ⁇ m on the walls of the recess 4 into the semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate has a total thickness in the range of 30 ⁇ to
  • the front-side contact structure is formed as in previously known MWT solar cells, shown for example in "Processing and Comprehensive Characteristics". Clement et al., Proceedings of the 22nd European Solar Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, 2007.
  • the Local Electro-Conductive Compounds Produced by Local Heating (Laser) LFC) between the semiconductor substrate 1 and base contact structure 8, 8 1 are approximately uniformly distributed over the base contact structure, approximately point-shaped with a spacing in the range of 100 ⁇ to 1 mm, in this case of about 500 ⁇ Approximately 1.5% of the backside of the semiconductor substrate covered by the insulating layer is approximately 1.5% through the electrically conductive point contacts
  • the solar cell has recesses with a diameter of approximately 100 pm, the recesses being arranged on lines, on average one hole each 4 cm 2 solar cell surface formed.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 is produced using the exemplary embodiment of a method according to the invention described below: In a method step 0, the semiconductor substrate 1 is subjected to a surface treatment.
  • the following method steps are carried out: removing surface damage resulting from the production of the semiconductor substrate and forming a texturing at least on the front side to improve the light capture.
  • the insulation layer 6 described above is applied over the whole area on the back side of the semiconductor substrate.
  • the insulating layer can also be formed as a silicon oxide layer having a thickness of 200 nm and produced, for example, by means of PECVD or thermal oxidation with subsequent unilateral backfilling.
  • a cleaning can take place in which the semiconductor substrate is freed of any impurities and residues. This cleaning The application is preferably carried out wet-chemically using caustic liquids such as hydrofluoric acid, potassium hydroxide or other substances.
  • a method step B the previously described emitter region 2 is then produced on the front side of the semiconductor substrate 1.
  • diffusion from the gas phase is carried out so that phosphorus-containing glass is deposited on the semiconductor substrate and subsequently into the semiconductor substrate by the action of temperature on the front side is applied.
  • At the back of the already applied insulation layer 6 acts as a diffusion barrier, so that no emitter is formed on the back side.
  • the diffusion of the emitter is performed by heating the semiconductor substrate to a temperature in the range of 800 ° C to 900 ° C for a period of about 45 minutes.
  • the resulting silicate glass is subsequently removed in an etching step by immersing the semiconductor substrate in hydrofluoric acid at a concentration of about 10% for a period of about 30 seconds.
  • the antireflection layer 3 is applied to the front side of the semiconductor substrate for improving the light coupling, wherein the antireflection layer 3 is formed as a silicon nitride layer with a thickness of about 70 nm.
  • the antireflection layer 3 can be formed as a layer system, in particular comprising one or more of the layers silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride.
  • a plurality of recesses having a diameter of preferably 50 ⁇ m to 200 ⁇ m are then produced in a method step A.
  • the MWT holes are produced by means of a laser, as described, for example, in “emitter wrappers”. through solar cell “, Gee et al. , Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Louisville, 1993. Whereby the holes at the positions of the
  • a method step D the formation of the metallic contact structures takes place: lead-through contact structure, rear-side contact structure, base contact structure and front-side contact structure. This can be done, for example, in a conventional manner by means of screen printing.
  • measured characteristic curves of three MWT solar cell structures are:
  • the characteristic curve drawn through and labeled "HIP-MWT +" was measured on a solar cell which corresponds to the exemplary embodiment of a solar cell according to the invention shown in Figure 1.
  • the characteristic shown in dashed lines and labeled "HIP-MWT” corresponds to a solar cell according to DE 10 201 0 026 960 A1, which thus also has an insulating layer on the back, but moreover an emitter region on the walls of the recess.
  • the dotted characteristic curve which is labeled "MWT-BSF" corresponds to a solar cell according to FIGURE 4 of WO 2012/026812, which thus has no emitter on the walls of the recess and no electrical insulation layer on the rear side of the semiconductor substrate
  • the respective applied voltage (voltage) in V is shown against the measured current (cur rent) in A.
  • the solar cell HIP-MWT + only has a slightly higher current in the case of backward loading compared with the present invention In both cases, the current flow is sufficiently low for reverse loading, so that the risk of heat generation damaging the solar cell or the module in the case of partial shading is low ), however, has significantly higher currents, where there is an e Significant risk that partial shading damage the solar cell and / or the module due to heat, so that in a module, the provision of additional bypass diodes is necessary.

Abstract

The invention relates to a photovoltaic solar cell with a front face designed for coupling light, comprising at least one recess (4) extending from the front face to the rear face in the semiconductor substrate (1) of a base doping type, at least one metal through-conduction structure (10), wherein the through-conduction structure (10) is guided in the recess (4) from the front face to the rear face of the semiconductor substrate and is connected in an electrically conductive manner to the metal front face contact structure (9), which is connected in an electrically conductive manner to an emitter region (2) of the opposite doping to the base doping type, formed on the front face, and at least one rear face contact structure (7), which is connected to the through-conduction structure (10) in an electrically conductive manner and is arranged on the electrically isolating isolation layer (6) on the rear face and covers the isolation layer at least in the regions surrounding the recess (4), and therefore the rear face contact structure (7) is electrically isolated by the isolation layer (6) against the semiconductor substrate (1) lying beneath the isolation layer (6). It is essential that the through-conduction structure (10) directly adjoins a base region of the base doping type on the walls of the recess (4) in the semiconductor substrate (1). The invention further relates to a method for producing a photovoltaic solar cell.

Description

Photovoltaische Solarzelle und Verfahren zum Herstellen  Photovoltaic solar cell and method of manufacturing
einer photovoltaischen Solarzelle  a photovoltaic solar cell
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Soiarzelie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. The invention relates to a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 6.
Photovoltaische Solarzellen bestehen typischerweise aus einer Halbleiterstruktur, welche einen Basis- und einen Emitterbereich aufweist, wobei die Halbleiterstruktur typischerweise im Wesentlichen durch ein Halbleitersubstrat, wie beispielsweise ein Siiiziumsubstrat, gebildet wird. In die Halbleiterstruktur wird typischerweise über die Vorderseite der Solarzelle Licht eingekoppelt, so dass nach Absorption des eingekoppelten Lichts in der Solarzelle eine Generation von Elektron-Lochpaaren stattfindet. Zwischen Basis und Emitterbereich bildet sich ein pn-Übergang aus, an dem die generierten Ladungsträgerpaare getrennt werden. Weiterhin umfasst eine Solarzelle einen metallischen Emitter- sowie einen metallischen Basiskontakt, die jeweils elektrisch leitend mit dem Emitter bzw. mit der Basis verbunden sind. Über diese metallischen Kontakte können die am pn-Übergang getrennten Ladungsträger abgeführt und somit einem externen Stromkreis bzw. einer benachbarten Solarzelle bei Modulverschaltung zugeführt werden. Photovoltaic solar cells typically consist of a semiconductor structure having a base and an emitter region, wherein the semiconductor structure is typically formed substantially by a semiconductor substrate, such as a silicon substrate. In the semiconductor structure, light is typically coupled via the front side of the solar cell, so that after absorption of the injected light in the solar cell, a generation of electron-hole pairs takes place. Between the base and emitter region, a pn junction forms, at which the generated pairs of charge carriers are separated. Furthermore, a solar cell comprises a metallic emitter and a metallic base contact, which are each connected in an electrically conductive manner to the emitter or to the base. Via these metallic contacts, the charge carriers separated at the pn junction can be dissipated and thus supplied to an external circuit or an adjacent solar cell when the module is connected to a module.
Es sind unterschiedliche Solarzellenstrukturen bekannt, wobei sich die vorliegende Erfindung auf solche Solarzellenstrukturen bezieht, bei denen beide elektrischen Kontakte der Solarzelle auf der Rückseite angeordnet sind, wobei die Basis der Solarzelle über eine rückseitig angeordnete metallische Basiskontaktstruktur und der Emitter der Solarzelle über eine rückseitig angeordnete metallische Rückseitenkontaktstruktur elektrisch kontaktierbar ist. Dies steht im Gegensatz zu Standardsolarzellen, bei denen typischerweise der metallische Emitterkontakt auf der Vorderseite und der metallische Basiskontakt auf der Rückseite der Solarzelle liegt. Die Erfindung bezieht sich hierbei auf eine spezielle Ausgestaltung einer rückseitig kontaktierbaren Solarzeile, die metal-wrap-through-Solarzelie (MWT- Solarzelle). Diese aus EP 985233 und van Kerschaver et al.„A novel Silicon solar cell structure with both external polarity contacts on the back surface"; Pro- ceedings of the 2nd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Vi- enna, Austria, 1 998 bekannte Solarzelle weist zwar eine an der zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite der Solarzelle angeordnete metallische Vorderseitenkontaktstruktur auf, die mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin weist die Solarzelle jedoch eine Vielzahl sich von der Vorder- zur Rückseite erstreckender Ausnehmungen im Halbleitersubstrat auf, die von metallischen Durchleitungsstrukturen durchdrungen und rückseitig mit einer oder mehreren metallischen Rückseitenkontaktstrukturen elektrisch leitend verbunden sind, so dass rückseitig über die Rückseitenkontaktstruktur, die Durchleitungsstruktur und die Vorderseitenkontaktstruktur der Emitterbereich elektrisch kontaktierbar ist. Different solar cell structures are known, wherein the present invention relates to such solar cell structures, in which both electrical contacts of the solar cell are arranged on the back, wherein the base of the solar cell via a rear-mounted metallic base contact structure and the emitter of the solar cell via a rear-mounted metallic Rear contact structure is electrically contacted. This is in contrast to standard solar cells, where typically the metallic emitter contact on the front and the metallic base contact on the back of the solar cell. The invention relates here to a special embodiment of a back-contactable solar line, the metal-wrap-through solar cell (MWT solar cell). These are known from EP 985233 and van Kerschaver et al., "A novel silicon solar cell structure with both external polarity contacts on the back surface";"Proving the 2nd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Vienna, Austria, 1 998" Although the solar cell has a metallic front-side contact structure arranged on the front side of the solar cell designed for the light coupling, which is electrically conductively connected to the emitter region, the solar cell nevertheless has a multiplicity of recesses extending from the front to the rear side in the semiconductor substrate, which are of metallic leadthrough structures are penetrated and electrically conductively connected at the rear with one or more metal rear contact structures, so that the rear side of the rear contact structure, the passage structure and the front contact structure of the emitter region is electrically contacted.
Die MWT-Struktur weist den Vorteil auf, dass die Ladungsträger aus dem Emitter an der Vorderseite über die Vorderseitenkontaktstruktur eingesammelt werden und somit keine ohmschen Verluste durch einen etwaigen Ladungsträger- transport innerhalb des Halbleitersubstrates von der Vorder- zur Rückseite bezüglich des Emitterbereiches entstehen. Weiterhin ergibt sich durch die rückseitige Kontaktierbarkeit sowohl des Basis- als auch des Emitterbereiches eine einfachere Verschaltung der MWT-Solarzellen im Modul verglichen mit Standardsolarzellen. The MWT structure has the advantage that the charge carriers are collected from the emitter on the front side via the front side contact structure and thus no ohmic losses are caused by any charge carrier transport within the semiconductor substrate from the front to the rear with respect to the emitter region. Furthermore, the back-side contactability of both the base and emitter regions results in a simpler interconnection of the MWT solar cells in the module compared to standard solar cells.
Nachteilig an der MWT-Struktur ist, dass, verglichen mit Standardsolarzellen, zusätzliche Strukturen, wie beispielsweise die Ausnehmungen und die metallischen Durchleitungsstrukturen durch die Ausnehmungen hindurch, erzeugt werden müssen, so dass eine höhere Komplexität und damit höhere Kosten vergli- chen mit der Herstellung von Standardsolarzellen vorliegen. Darüber hinaus bestehen insbesondere bei ungenauer Prozessierung an den Wänden der Ausnehmungen sowie in dem Bereich, in dem die Rückseitenkontaktstrukturen die Rückseite der Solarzelle bedecken, Risiken zur Ausbildung zusätzlicher Verlustmechanismen, insbesondere können Kurzschlussströme auftreten, sofern die Rückseitenkontaktstruktur fehlerhafterweise in den Basisbereich des Halb- !eitersubstrates vordringt (so genanntes„Spiking" bzw.„Shunting") wodurch sich der Wirkungsgrad der Solarzelle erheblich verringert. A disadvantage of the MWT structure is that, compared with standard solar cells, additional structures, such as the recesses and the metallic transmission structures through the recesses, must be generated, so that a higher complexity and thus higher costs compared with the production of Standard solar cells are present. In addition, particularly in the case of inaccurate processing on the walls of the recesses and in the area in which the back contact structures cover the back of the solar cell, there are risks for the formation of additional loss mechanisms, in particular short-circuit currents can occur, provided that the back contact structure erroneously in the base area of the half ! eitersubstrates penetrates (so-called "spiking" or "shunting") which significantly reduces the efficiency of the solar cell.
Aus diesem Grund wird in der EP 0 985 233 vorgeschlagen, den Emitter durch die Ausnehmungen hindurch und an der Rückseite zumindest über die von der Rückseitenkontaktstruktur bedeckten Bereiche hinauszuführen, so dass die Rückseitenkontaktstruktur, die der externen Kontaktierung des Emitters dient, keinen Bereich des Halbleitersubstrates der Basisdotierung bedeckt. Dies erfordert jedoch eine aufwändige Prozessierung und mehrere kostenintensive Maskierungsschritte. For this reason, it is proposed in EP 0 985 233 to lead the emitter through the recesses and on the back beyond at least the areas covered by the back contact structure, so that the back contact structure serving for external contact of the emitter does not cover a region of the semiconductor substrate Basic funding covered. However, this requires complex processing and several costly masking steps.
Es ist daher aus DE 10 2010 026 960 A1 bekannt, eine MWT-Struktur mit Emitterbereichen an der dem Lichteinfall zugewandten Vorderseite und den Wänden der Ausnehmungen, nicht jedoch an der Rückseite auszubilden. It is therefore known from DE 10 2010 026 960 A1 to form a MWT structure with emitter regions on the front side facing the light incidence and the walls of the recesses, but not on the rear side.
Hinsichtlich des Strukturaufbaus weitergehend vereinfacht ist eine in With regard to the structure structure further simplified is an in
WO 2012/026812 offenbarte MWT-Struktur, bei welcher kein Emitter an den Wänden der Ausnehmungen ausgebildet ist und die metallische Durchleitungs- struktur unmittelbar an das Halbleitersubstrat angrenzt, d. h. nicht durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht in den Ausnehmungen von diesen isoliert ist. Gemäß der Lehre dieser Offenbarung ist daher die Durchmetallisierung mit einer in horizontaler Richtung ausgehend von der Mitte der Durchmetallisierung zu den Rändern hin abnehmenden Leitfähigkeit auszubilden. WO 2012/026812 disclosed MWT structure in which no emitter is formed on the walls of the recesses and the metallic passage structure immediately adjacent to the semiconductor substrate, d. H. is not isolated by an electrically insulating intermediate layer in the recesses of these. According to the teaching of this disclosure, therefore, the through-metallization is to be formed with a conductivity decreasing toward the edges in a horizontal direction from the center of the through-metallization.
Aufgrund des zunehmenden Preisdrucks bei der Herstellung von photovoltai- schen Solarzellen besteht ein großer Bedarf nach kostengünstigen und gleichzeitig zuverlässigen Herstellungsverfahren und ebensolchen Solarzellenstrukturen. Due to the increasing price pressure in the production of photovoltaic solar cells, there is a great need for cost-effective and at the same time reliable production processes and solar cell structures.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine MWT-Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer MWT-Solarzelle zur Verfügung zu stellen, die sich durch einen zuverlässigen und robusten sowie gleichzeitig kostengünstigen Aufbau auszeichnet. Gelöst ist diese Aufgabe durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle finden sich in den Ansprüchen 2 bis 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 7 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen. Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle wird vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren oder eine vorzugsweise Ausführungsform hiervon ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Solarzelle oder einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet. The invention is therefore based on the object to provide a MWT solar cell and a method for producing a MWT solar cell, which is characterized by a reliable and robust and at the same time inexpensive structure. This object is achieved by a photovoltaic solar cell according to claim 1 and by a method for producing a photovoltaic solar cell according to claim 6. Advantageous embodiments of the photovoltaic solar cell according to the invention can be found in claims 2 to 5. Advantageous embodiments of the method according to the invention can be found in claims to 15. The wording of all claims is hereby explicitly incorporated by reference into the description. The photovoltaic solar cell according to the invention is preferably formed by the method according to the invention or a preferred embodiment thereof. The method according to the invention is preferably designed to form a solar cell according to the invention or a preferred embodiment thereof.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass überraschenderweise die bisherigen Optimierungen von MWT-Strukturen von einer fehlerhaften Gewichtung der Verlustmechanismen ausgingen, so dass nach der vorbekannten Lehre zur Ausbildung einer effizienten und zuverlässigen WT- Solarzelle ein Emitter an den Wänden der Ausnehmungen und/oder eine elektrisch isolierende Schicht an den Wänden der Ausnehmungen und/oder zumindest eine Durchleitungsstruktur mit zu den Wänden der Ausnehmung in abnehmender Leitfähigkeit zwingend erforderlich ist. The present invention is based on the finding that, surprisingly, the previous optimizations of MWT structures emanated from an erroneous weighting of the loss mechanisms, so that according to the previously known teaching for the formation of an efficient and reliable WT solar cell, an emitter on the walls of the recesses and / or an electrically insulating layer on the walls of the recesses and / or at least one passage structure with to the walls of the recess in decreasing conductivity is absolutely necessary.
Überraschenderweise weist jedoch die scheinbar am stärksten vereinfachte, in der vorgenannten WO 2012/026812 in Figur 4 und zugehöriger Beschreibung offenbarte MWT-Struktur einen bisher nicht ausreichend bewerteten Nachteil auf: Zwar zeigen solche Solarzellen im Normalbetrieb, d. h. unter optimalen Testbedingungen einen guten Wirkungsgrad und insbesondere nur geringe Shunts, d. h. in der globalen Auswertung einen hohen zugeordneten Parallelwiderstand. Unter Rückwärtsbelastung, wie sie beispielsweise bei realen Bedingungen und Teilabschattung eines Teils von Solarzellen in einem Modul auftreten kann, weisen solche Solarzellen jedoch eine erheblich geringere Durchbruchsspannung gegenüber anderen MWT-Strukturen auf, d. h. dass ein so genannter Rückwärtsdurchbruch bei einer erheblich geringeren Spannung auftritt. Dies stellt aufgrund der mit solch einem Durchbruch auftretenden lokalen erheblichen Wärmeentwicklung ein erhebliches Risiko dar, dass solche Solarzellenstrukturen bei Teilabschattung zu einer Beschädigung des Moduls bis hin zur Brandentwicklung anfällig sind. Für eine solide Modulauslegung wären bei soi- chen Solarzellen somit zusätzliche Bypassdioden vorzusehen, welche wiederum die Kosten erhöhen und den Kostenvorteil aufgrund der reduzierten Solarzellenstruktur nichtig machen. Weiterhin konnte jedoch gezeigt werden, dass insbesondere die großflächige Metallisierung der Rückseitenkontaktstruktur für das vorgenannte Verhalten bei Teilabschattung entscheidend ist und dass die vergleichsweise geringfügige Fläche, an welcher die Durchleitungsstruktur an die Wände der Ausnehmung angrenzt, jedoch kein erhebliches Risiko für eine verminderte Durchbruchspan- nung unter Rückwärtsbelastung darstellt. Surprisingly, however, the seemingly most simplified MWT structure disclosed in the aforementioned WO 2012/026812 in FIG. 4 and the associated description has a hitherto insufficiently assessed disadvantage: indeed, such solar cells exhibit good efficiency and in particular under optimum test conditions during normal operation only small shunts, ie in the global evaluation a high associated parallel resistance. Under reverse load, as may occur, for example, in real conditions and Teilabschattung part of solar cells in a module, however, such solar cells have a significantly lower breakdown voltage over other MWT structures, ie that a so-called reverse breakdown occurs at a significantly lower voltage. Due to the local considerable heat development occurring with such a breakthrough, this represents a considerable risk that such solar cell structures are susceptible to damage to the module as far as the development of fire in the case of partial shading. For a solid module design, So solar cells thus provide additional bypass diodes, which in turn increase the cost and make the cost advantage due to the reduced solar cell structure void. Furthermore, it has been shown, however, that in particular the large-area metallization of the back contact structure is decisive for the aforementioned behavior with partial shading and that the comparatively small area at which the passage structure adjoins the walls of the recess does not present a considerable risk for a reduced breakdown voltage Represents backward load.
Durch Umsetzung dieser überraschenden Erkenntnisse konnte eine neue MWT- Solarzellenstruktur sowie ein Verfahren zu deren Herstellung entwickelt werden, welches einerseits gegenüber der in der DE 1 0 2010 026 960 A1 offenbarten Struktur eine weitere Kostenersparnis ermöglicht und dennoch die Nachteile einer Solarzellenstruktur insbesondere gemäß Figur 4 der WO 2012/026812 vermeidet: By implementing these surprising findings, it has been possible to develop a new MWT solar cell structure and a process for its production which, on the one hand, enables a further cost saving compared with the structure disclosed in DE 1 0 2010 026 960 A1 and still the disadvantages of a solar cell structure, in particular according to FIG WO 2012/026812 avoids:
Die erfindungsgemäße photovoltaische Solarzelle weist eine zur Lichteinkopp- lung ausgebildete Vorderseite auf und umfasst ein Halbleitersubstrat eines Basisdotierungstyps, mindestens einen an der Vorderseite ausgebildeten Emitterbereich eines Emitterdotierungstyps, der dem Basisdotierungstyp entgegengesetzt ist. Dotierungstypen sind hierbei die n-Dotierung und die hierzu entgegengesetzte p-Dotierung . The photovoltaic solar cell according to the present invention has a front surface adapted for light coupling, and comprises a semiconductor substrate of a base doping type, at least one emitter region of an emitter doping type formed on the front side opposite to the base doping type. Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto.
Die Solarzelle umfasst weiterhin mindestens eine auf der Vorderseite zur Stromeinsammlung ausgebildete metallische Vorderseitenkontaktierungsstruk- tur, die mit dem Emitterbereich elektrisch leitend verbunden ist, mindestens eine metallische Basiskontaktstruktur, welche an der Rückseite der Solarzelle ange- ordnet und mit dem Halbleitersubstrat in einem Bereich des Basisdotierungstyps elektrisch leitend verbunden ist, mindestens eine sich von der Vorder- zu der Rückseite erstreckende Ausnehmung in dem Halbleitersubstrat und mindestens eine Durchleitungsstruktur, wobei die Durchleitungsstruktur in der Ausnehmung von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates geführt und mit der Vorderseitenkontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ist sowie mindestens eine metallische Rückseitenkontaktstruktur, welche an der Rückseite angeordnet und mit der Durchleitungsstruktur elektrisch leitend verbunden ist. The solar cell further comprises at least one metallic front side contact structure formed on the front side for current collection electrically conductively connected to the emitter region, at least one metallic base contact structure disposed on the back side of the solar cell and electrically connected to the semiconductor substrate in a region of the base doping type is conductively connected, at least one extending from the front to the back recess in the semiconductor substrate and at least one passage structure, wherein the passage structure in the recess from the front to the back of the semiconductor substrate out and electrically conductively connected to the front side contact structure and at least a metallic backside contact structure, which is arranged on the back and is electrically conductively connected to the passage structure.
An der Rückseite des Halbleitersubstrates ist mittelbar oder bevorzugt unmittel- bar eine elektrisch isolierende isolierungsschicht angeordnet, welche die Rückseite zumindest in dem die Ausnehmung umgebenden Bereiche, vorzugsweise vollständig, bedeckt. Die Rückseitenkontaktstruktur ist mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf der Isolierungsschicht angeordnet, so dass die Rückseitenkontaktstruktur durch die Isolierungsschicht gegenüber dem unter der Isolierungs- schicht liegenden Halbleitersubstrat elektrisch isoliert ist. An electrically insulating insulating layer is indirectly or preferably arranged directly on the rear side of the semiconductor substrate, covering the rear side at least in the region surrounding the recess, preferably completely. The rear-side contact structure is indirectly or preferably arranged directly on the insulating layer, so that the rear-side contact structure is electrically insulated by the insulating layer from the semiconductor substrate located below the insulating layer.
Hinsichtlich dieses Grundaufbaus entspricht die erfindungsgemäße Solarzelle somit der bewährten und beispielsweise in DE 10 2010 026 960 A1 beschriebenen MWT-Struktur. With regard to this basic structure, the solar cell according to the invention thus corresponds to the proven MWT structure described, for example, in DE 10 2010 026 960 A1.
Wesentlich ist, dass bei der erfindungsgemäßen Solarzelle in dem Halbleitersubstrat an den Wänden der Ausnehmung die Durchleitungsstruktur unmittelbar an einen Basisbereich des Basisdotierungstyps angrenzt. Die erfindungsgemäße Solarzellenstruktur ist somit in den überraschenden Erkenntnissen begründet, dass einerseits an der Rückseite der Solarzelle hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Solarzelle insbesondere bei Teilabschattung eine zuverlässige elektrische Isolierung zwischen Rückseitenkontaktstruktur und Basisbereich des Halbleitersubstrates wesentlich ist, dass es Kostenvorteile bietet, keinen Emitter an der Rückseite auszubilden und dass aufgrund der vergleichsweise geringen Flächenanteile ein unmittelbares Angrenzen der Durchleitungsstruktur an den Basisbereich an den Wänden der Ausnehmung nicht oder nur geringfügig zu einer Beeinträchtigung des Wirkungsgrades und des Verhaltens bei Teilabschattung der Solarzelle führt. Hierdurch wird eine Kostenreduktion bei der Herstellung der erfindungsgemäßen MWT-Solarzelle gegenüber vorbekannten MWT-Solarzellen erreicht und dennoch liegt keine oder nur eine vernachlässigbare Wirkungsgradverringerung und Verschlechterung des Verhaltens bei Rückwärtsbelastung, insbesondere keine Erhöhung der Stromstärke bei Rückwärtsbelastung vor. Weiterhin kann die Durchleitungsstruktur homogen, insbesondere mit homogener Leitfähigkeit ausgebildet werden und es ist insbe- sondere keine zu den Wänden der Ausnehmungen hin abnehmende Leitfähigkeit notwendig. It is essential that in the solar cell according to the invention in the semiconductor substrate on the walls of the recess, the passage structure adjacent directly to a base region of the Basisdotierungstyps. The solar cell structure according to the invention is therefore based on the surprising findings that on the one hand at the back of the solar cell with respect to the reliability of the solar cell in particular at Teilabschattung reliable electrical insulation between back contact structure and base region of the semiconductor substrate is essential that it offers cost advantages, no emitter to form the back and that due to the comparatively small area proportions, an immediate adjoining of the passage structure to the base area on the walls of the recess does not or only slightly leads to an impairment of the efficiency and the behavior in the case of partial shading of the solar cell. As a result, a cost reduction in the production of the MWT solar cell according to the invention over prior MWT solar cells is achieved and yet there is no or only a negligible reduction in efficiency and deterioration of the behavior in reverse load, in particular no increase in the current in reverse load before. Furthermore, the passage structure can be formed homogeneously, in particular with homogeneous conductivity, and it is especially special no to the walls of the recesses down decreasing conductivity necessary.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solar- zelle mit einer zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite umfasst folgende Verfahrensschritte: The method according to the invention for the production of a photovoltaic solar cell with a front face designed for coupling light comprises the following method steps:
In einem Verfahrensschritt A wird eine Mehrzahl von Ausnehmungen in einem Halbleitersubstrat eines Basisdotierungstyps erzeugt. In a method step A, a plurality of recesses are produced in a semiconductor substrate of a basic doping type.
In einem Verfahrensschritt B werden ein oder mehrere Emitterbereiche eines Emitterdotierungstyps zumindest an der Vorderseite des Haibleitersubstrates erzeugt, wobei der Emitterdotierungstyp entgegengesetzt zu dem Basisdotierungstyp ist. In a method step B, one or more emitter regions of an emitter doping type are produced at least at the front side of the semiconductor substrate, the emitter doping type being opposite to the base doping type.
In einem Verfahrensschritt C wird auf der Rückseite des Halbleitersubstrates eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht aufgebracht. In einem Verfahrensschritt D wird mindestens eine metallische Basiskontaktstruktur an der Rückseite der Solarzelle erzeugt, welche elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat in einem Basisdotierbereich ausgebildet wird. Weiterhin wird in Verfahrensschritt D mindestens eine metallische Vorderseitenkontaktstruktur an der Vorderseite der Solarzelle erzeugt, welche elektrisch leitend mit dem Emitterbereich an der Vorderseite des Haibleitersubstrates ausgebildet wird und es wird mindestens eine Rückseitenkontaktstruktur an der Rückseite der Solarzelle erzeugt, weiche mit der Durchleitungskontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ausgebildet wird. In a method step C, an electrically insulating insulation layer is applied to the rear side of the semiconductor substrate. In a method step D, at least one metallic base contact structure is produced on the rear side of the solar cell, which is formed in an electrically conductive manner with the semiconductor substrate in a base doping region. Furthermore, in method step D, at least one metallic front-side contact structure is produced on the front side of the solar cell, which is formed to be electrically conductive with the emitter region on the front side of the semiconductor substrate, and at least one rear-side contact structure is produced on the rear side of the solar cell, which is formed to be electrically conductively connected to the via contact structure becomes.
In Verfahrensschritt C wird die Isolierungsschicht die Rückseite des Haibleitersubstrates mittelbar oder bevorzugt unmittelbar bedeckend aufgebracht. In Verfahrensschritt D wird die Rückseitenkontaktstruktur auf die Isolierungsschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar aufgebracht, derart, dass die Rückseitenkontaktstruktur sich über Bereich des Haibleitersubstrates mit Basisdotierung erstreckt und in diesen Bereichen zumindest aufgrund der dazwischenliegenden Isolierungsschicht eine elektrische Isolierung zwischen Rückseitenkon- taktstruktur und Halbleitersubstrat ausgebildet wird. Die Basiskontaktstruktur wird in Verfahrensschritt D auf die Isolierungsschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar aufgebracht, derart, dass die Basiskontaktstruktur die Isolierungsschicht zumindest bereichsweise durchdringt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Basiskontaktstruktur und Halbleitersubstrat erzeugt wird. Hinsichtlich dieser Verfahrensschritte entspricht das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise dem in DE 10 2010 02 960 A1 beschriebenen. Dies betrifft jedoch nicht die Reihenfolge der Verfahrensschritte und/oder das Hinzufügen weiterer Verfahrensschritte: Wesentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass in dem Halbleitersubstrat an den Wänden der Ausnehmung die Durchleitungsstruktur (10) abseits des vorderseitigen Emitterbereiches unmittelbar an einen Basisbereich des Basisdotierungstyps angrenzend ausgebildet wird. Hierdurch wird in kostengünstiger weise eine WT-Solarzelle hergestellt, bei welcher die metallische Rückseitenkontaktstruktur an der Rückseite des Halbleitersubstrates zumindest durch die Isolierungsschicht elektrisch von dem Halbleitersubstrat isoliert ist, an den Wänden der Ausnehmungen jedoch kein Emitter explizit ausgebildet wird und auch keine eigens ausgebildete elektrische lsolie- rungsschicht zwischen Durchleitungsstruktur und den Wänden der Ausnehmungen ausgebildet wird. In method step C, the insulating layer is applied indirectly or preferably directly covering the rear side of the semiconductor substrate. In method step D, the back contact structure is indirectly or preferably applied directly to the insulation layer such that the back contact structure extends over the region of the semiconductor base semiconductor substrate and electrical isolation between backside contact structure and semiconductor substrate is formed in these regions at least on the basis of the intervening insulation layer. The base contact structure is indirectly or preferred in process step D on the insulating layer applied directly, such that the base contact structure penetrates the insulating layer at least partially, so that an electrically conductive connection between the base contact structure and the semiconductor substrate is generated. With regard to these method steps, the method according to the invention corresponds for example to that described in DE 10 2010 02 960 A1. However, this does not relate to the sequence of the method steps and / or the addition of further method steps. What is essential in the method according to the invention is that in the semiconductor substrate on the walls of the recess the feedthrough structure (10) is formed directly adjacent to a base region of the basic doping type, apart from the front emitter region , In this way, a WT solar cell is produced in a cost-effective manner in which the metallic rear contact structure is electrically insulated from the semiconductor substrate at the rear side of the semiconductor substrate at least by the insulating layer, but no emitter is explicitly formed on the walls of the recesses and no specially formed electrical insulation - Forming layer between the passage structure and the walls of the recesses is formed.
Hierdurch ergeben sich die bereits zu der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle genannten Vorteile. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfah- ren kostengünstiger gegenüber vorbekannten Verfahren, insbesondere gegenüber dem in DE 10 2010 026 960 A1 beschriebenen Verfahren. Denn in dem vorbekannten Verfahren ist nach Erzeugen der Ausnehmungen eine weitere Oberflächenbehandlung des Halbleitersubstrates in den Ausnehmungen wesentlich, da sonst der an den Wänden der Ausnehmung ausgebildete Emitter nach- teilig (mit einem hohen j02-Antei! im zugeordneten Zweidiodenmodell, d. h. ein Verluststrom in der Raumladungszone) ausgebildet wird. Auf einen solchen, kostenintensiven zusätzlichen Verfahrensschritt zur Nachbehandlung der Oberfläche des Halbleitersubstrates in den Ausnehmungen kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet werden, da keine wesentliche Emitterbedeckung an den Wänden der Ausnehmung vorhanden ist. Eine eventuelle Oberflächen- Schädigung an den Wänden der Ausnehmung spielt somit nur eine untergeordnete Rolle. in bevorzugter Weise wird Verfahrensschritt A nach Verfahrensschritt B und vorzugsweise auch nach Verfahrensschritt C ausgeführt wird. Denn hierdurch ist sichergestellt, dass in Verfahrensschritt B kein Emitter an den Wänden der Ausnehmung ausgebildet werden kann, da die Ausnehmung erst danach erzeugt werden und/oder dass die Isolierungsschicht in einfacher weise an den Ausnehmungen geöffnet wird und keine Isolierungsschicht in den Ausnehmungen ausgebildet wird, da die Ausnehmungen erst nach Ausbildung der Isolierungsschicht erzeugt werden. This results in the advantages already mentioned for the photovoltaic solar cell according to the invention. In particular, the method according to the invention is less expensive than previously known methods, in particular with respect to the method described in DE 10 2010 026 960 A1. For in the previously known method, after the recesses have been produced, a further surface treatment of the semiconductor substrate in the recesses is essential, since otherwise the emitter formed on the walls of the recess would be disadvantageous (with a high j 0 2 component in the associated two-diode model, ie a leakage current in the space charge zone) is formed. In such a cost-intensive additional process step for the aftertreatment of the surface of the semiconductor substrate in the recesses can be dispensed with in the inventive method, since no significant emitter coverage is present on the walls of the recess. A possible surface Damage to the walls of the recess thus plays only a minor role. In a preferred manner, method step A is carried out after method step B and preferably also after method step C. Because this ensures that in step B, no emitter can be formed on the walls of the recess, since the recess are generated only after and / or that the insulating layer is opened in a simple manner at the recesses and no insulation layer is formed in the recesses, since the recesses are generated only after formation of the insulation layer.
In einer weiteren Vorzugsweisen Ausführungsform wird Verfahrensschritt A vor Verfahrensschrätt B und bevorzugt auch vor Verfahrensschritt C ausgeführt. Hierdurch wird in Verfahrensschritt B zumindest geringfügig auch ein Emitter an den Wänden der in Verfahrensschritt A erzeugten Ausnehmungen, gegebenenfalls auch an der Solarzellenrückseite, ausgebildet. Daher wird in dieser vorzugsweise Ausführungsform in einem Verfahrensschritt X nach Verfahrensschritt B der Emitter an den Wänden der Ausnehmungen sowie gegebenenfalls auch an der Solarzeilenrückseite wieder entfernt. Dies kann bevorzugt mittels einer nasschemischen oder plasmabasierten Emitterrückätze erfolgen. Geeignete Verfahren sind aus INDUSTRIAL REALIZATION OF DRY PLASMA ETCHING FOR PSG REMOVAL AND REAR SIDE EMITTER ETCHING, EU-PVSEC, Rentsch, 2007, und aus SINGLE SI DE ETCHING - KEY TECHNOLOGY FOR In a further preferred embodiment, method step A is performed before process step B and preferably also before method step C. As a result, in method step B, at least slightly, an emitter is also formed on the walls of the recesses produced in method step A, if appropriate also on the solar cell rear side. Therefore, in this preferred embodiment, in a method step X after method step B, the emitter is removed again on the walls of the recesses and possibly also on the solar line rear side. This can preferably be done by means of a wet-chemical or plasma-based emitter residues. Suitable methods are described in INDUSTRIAL REALIZATION OF DRY PLASMA ETCHING FOR PSG REMOVAL AND REAR SIDE EMITTER ETCHING, EU-PVSEC, Rentsch, 2007, and SINGLE SI DE ETCHING - KEY TECHNOLOGY FOR
I NDUSTRIAL HIGH EFFICIENCY PROCESSING, EU-PVSEC, Rentsch, 2008 bekannt. Insbesondere können nasschemische Prozesse kombiniert mit Ätzstoppmasken eingesetzt werden. I NDUSTRIAL HIGH EFFICIENCY PROCESSING, EU-PVSEC, Rentsch, 2008 known. In particular, wet-chemical processes combined with etch stop masks can be used.
In einer weiteren Vorzugsweisen Ausführungsform wird Verfahrensschritt A vor Verfahrensschritt B und bevorzugt auch vor Verfahrensschritt C ausgeführt. Weiterhin wird in einem Verfahrensschritt Y1 nach Verfahrensschritt A und vor Verfahrensschritt B eine Diffusionsbarrierenschicht an den Wänden der Ausnehmung, insbesondere auch an der Solarzellenrückseite, aufgebracht, welche somit in Verfahrensschritt B das Ausbilden eines Emitters an den Wänden der Ausnehmung sowie gegebenenfalls an der Solarzellenrückseite verhindert. Diese Diffusionsbarrierenschicht wird in einem Verfahrensschritt Y2 nach Verfah- rensschritt B wieder entfernt. Verfahrensschritt Y1 wird vorzugsweise ausgeführt, indem eine Diffusionsbarrierenschicht durch thermische Oxidation, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Schritte, durch physikalische Be- schichtungsverfahren wie Kathodenzerstäubung oder chemische Abscheidever- fahren, insbesondere PECVD, erzeugt wird. Geeignete Materialien für Diffusionsbarrierenschichten sind insbesondere SiOx, SiNx, AlOx, SiCx, TiNx. Desweiteren können Sprüh- und Druckprozesse zur Erzeugung geeigneter Diffusionsbarrierenschichten eingesetzt werden. Verfahrensschritt Y2 wird vorzugsweise ausgeführt, indem die Diffusionsbarrierenschicht nasschemisch oder mittels plasmabasierter Ätzverfahren wieder entfernt wird. Vorzugsweise wir die Diffusionsbarrierenschicht gemeinsam mit der Dotierstoffquelle entfernt, bevorzugt mit Flusssäure. In a further preferred embodiment, method step A is carried out before method step B and preferably also before method step C. Furthermore, in a method step Y1 after method step A and before method step B, a diffusion barrier layer is applied to the walls of the recess, in particular also on the solar cell rear side, which thus prevents in step B the formation of an emitter on the walls of the recess and optionally on the solar cell rear side. This diffusion barrier layer is deposited in a method step Y2 according to the method. Step B is removed again. Process step Y1 is preferably carried out by generating a diffusion barrier layer by thermal oxidation, optionally with the interposition of further steps, by physical coating methods such as sputtering or chemical deposition methods, in particular PECVD. Suitable materials for diffusion barrier layers are, in particular, SiOx, SiNx, AlOx, SiCx, TiNx. Furthermore, spraying and printing processes can be used to produce suitable diffusion barrier layers. Method step Y2 is preferably carried out by removing the diffusion barrier layer again by wet-chemical or plasma-based etching methods. Preferably, the diffusion barrier layer is removed together with the dopant source, preferably with hydrofluoric acid.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen photovoltaischen Solarzelle an der Rückseite der Solarzelle kein Emitter ausgebildet. Hierdurch werden aufwändige Verfahrensschritte, insbesondere Maskierungen oder ein selektives Drucken von Dotierungspasten an der Rückseite eingespart. Preferably, no emitter is formed in the photovoltaic solar cell according to the invention at the back of the solar cell. As a result, expensive process steps, in particular masking or selective printing of doping pastes on the back are saved.
Vorzugsweise bedeckt die metallische Rückseitenkontaktstruktur mindestens 0.1 % der rückseitigen Isolierungsschicht, weiter bevorzugt maximal 5% der rückseitigen Isolierungsschicht, Bevorzugt ist eine Bedeckung im Bereich 0,5 % bis 3%, insbesondere 0,5 % bis 1 ,5% der rückseitigen Isolierungsschicht. Vorgenannte Prozentzahlen beziehen sich auf die Flächenbedeckung, Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Solarzelle eine Vielzahl an Ausnehmungen mit Durchleitungsstrukturen auf, bevorzugt zwischen 10 und 70 je Solarzelle. Preferably, the metallic backside contact structure covers at least 0.1% of the backside insulating layer, more preferably at most 5% of the backside insulating layer. Preferably a coverage in the range 0.5% to 3%, especially 0.5% to 1.5% of the backside insulating layer. The abovementioned percentages relate to the area coverage. The solar cell according to the invention preferably has a multiplicity of recesses with passage structures, preferably between 10 and 70 per solar cell.
Vorzugsweise werden die Durchleitungsstrukturen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer nicht kontaktierenden Metallpaste ausgebildet. Solche nicht kontaktierenden Metallpasten sind an sich bekannt und beispielsweise in Michael Neidert et al. ,„DEVELOPMENT OF VIA PASTES FOR HIGH In the method according to the invention, the passage structures are preferably formed by means of a non-contacting metal paste. Such non-contacting metal pastes are known per se and described, for example, in Michael Neidert et al. , "DEVELOPMENT OF VIA PASTES FOR HIGH
EFFICIENCY MWT CELLSWITH A LOW SHUNTING BEHA VIOUR", 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 21 -25 September 2009, Hamburg, Germany beschrieben. Solche Metalipasten weisen den Vorteil auf, keinen oder nur einen mit einem hohen Kontaktwiderstand versehenen Kontakt zu einer an- grenzenden Halbleiterschicht auszubilden. Auf diese Weise wird zusätzlich die Gefahr eines Kurzschlusses (eines Shunts) an den Wänden der Ausnehmungen verringert. Darüber hinaus bieten die erfindungsgemäße Solarzellenstruktur und das erfindungsgemäße Verfahren eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Ausbildung der Durchmetallisierungsstrukturen: EFFICIENCY MWT CELLSWITH A LOW SHUNTING BEHA VIOUR ", 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 21-25 September 2009, Hamburg, Germany. Such metal pastes have the advantage of having no or only contact with a high contact resistance. form adjacent semiconductor layer. In this way, the risk of a short circuit (a shunt) on the walls of the recesses is additionally reduced. In addition, the solar cell structure according to the invention and the method according to the invention offer greater flexibility with regard to the formation of the through-metallization structures:
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, in Verfahrensschritt D die Durchlei- tungsstrukturen mittels Metallstiften oder mittels Leitkleber auszubilden. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, die Solarzellen an sich fertig zu stellen und erst bei der Integration mehrerer Solarzellen in dem Modul die Durchiei- tungsstrukturen auszubilden, insbesondere durch Metallstifte, welche beispielsweise auf einem bereits verschalteten Träger zur Aufnahme einer Mehrzahl von MWT-Solarzellen vorgesehen sein können. Wesentlich ist, dass die Durchleitungsstrukturen die Vorderseitenkontaktstruktur mit der Rückseitenkontaktstruk- tur elektrisch leitend verbinden, vorzugsweise mit einem elektrischen Leitungswiderstand von der Vorder- zur Rückseite kleiner 20mOhm, vorzugsweise kleiner 10mOhm, weiter bevorzugt kleiner 5mOhm. Bevorzugt sind die Durchlei- tungsstrukturen metallhaltig, insbesondere metallisch ausgebildet. It is likewise within the scope of the invention to form the lead-through structures in method step D by means of metal pins or by means of conductive adhesive. In particular, it is within the scope of the invention to complete the solar cells and to form the through structures only when integrating a plurality of solar cells in the module, in particular by metal pins, for example on an already interconnected carrier for accommodating a plurality of MWT solar cells can be provided. It is essential that the feedthrough structures electrically connect the front-side contact structure to the rear-side contact structure, preferably with an electrical line resistance from front to back of less than 20mOhm, preferably less than 10mOhm, more preferably less than 5mOhm. The lead-through structures are preferably metal-containing, in particular metallic.
Vorzugsweise werden die Durchleitungsstrukturen hinsichtlich der Leitfähigkeit homogen oder zumindest im Wesentlichen homogen ausgebildet. Insbesondere im Vergleich zu der in WO 2012/026812 offenbarten Durchleitungsstruktur ist eine einfachere und kostengünstigere Herstellung einer Durchleitungsstruktur ohne vorbeschriebenen Verlauf der Leitfähigkeit in horizontaler Richtung gegeben. Preferably, the passage structures are formed homogeneously or at least substantially homogeneously in terms of conductivity. In particular, in comparison to the passage structure disclosed in WO 2012/026812, a simpler and more cost-effective production of a passage structure without the above-described course of the conductivity in the horizontal direction is given.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise die Durchleitungs- struktur unmittelbar an einem oder mehreren Basisbereichen des Basisdotierungstyps angrenzend ausgebildet. In the method according to the invention, preferably the transmission structure is formed directly adjacent to one or more base regions of the basic doping type.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Rückseite des Halbleitersubstrates angrenzend an die Ausnehmung kein sich parallel zur Rückseite erstreckender Emitterbereich ausgebildet. Beide vorgenannten vorzugsweisen Ausführungsformen führen jeweils zu einer Kostenreduzierung des Herstellungsverfahrens. Preferably, in the method according to the invention, no emitter region extending parallel to the rear side is formed on the rear side of the semiconductor substrate adjacent to the recess. Both aforementioned preferred embodiments each lead to a cost reduction of the manufacturing process.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ausnehmungen mittels eines Lasers auszuführen, hierbei kann in kostengünstiger weise auf an sich bekannte Vorrichtungen für die Solarzellenherstellung zurückgegriffen werden. Insbesondere ist die Verwendung eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Lasers vorteilhaft, da hier einerseits eine exakte, in etwa zylindrische Ausnehmung ausgebildet werden kann und darüber hinaus durch die Wahl von Zusatzstoffen in der Flüssigkeit eine Oberfläche an den Ausnehmungen mit einer vergleichsweise geringen Schädigung und somit geringen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit geschaffen werden kann. Furthermore, it is advantageous to perform the recesses by means of a laser, this can be used in a cost-effective manner known per se devices for solar cell production. In particular, the use of a guided in a liquid jet laser is advantageous because here an exact, approximately cylindrical recess can be formed and beyond by the choice of additives in the liquid surface at the recesses with a relatively low damage and thus low surface recombination can be created.
Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt B der Emitter mittels back-to-back- Diffusion ausgebildet. Hierbei werden die Halbleitersubstrate mit den Rückseiten aneinander liegend in den Diffusionsraum gebracht, so dass - ohne dass zusätzliche Maskierungsschichten notwendig sind - die Emitterdiffusion lediglich auf der jeweiligen Vorderseite des Halbleitersubstrates erfolgt. Preferably, in method step B, the emitter is formed by means of back-to-back diffusion. Here, the semiconductor substrates are placed with the backs abutting each other in the diffusion space, so that - without additional masking layers are necessary - the emitter diffusion takes place only on the respective front side of the semiconductor substrate.
Vorzugsweise erfolgt Verfahrensschritt B nach Verfahrensschritt C. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die in Verfahrensschritt C aufgebrachte Isolierungsschicht an der Rückseite des Halbleitersubstrates in den mittelbar oder unmittelbar folgenden Verfahrensschritt B als Diffusionsbarriere wirkt, so dass durch diese Mehrfachfunktion der Isoiierungsschicht in kostengünstiger Weise die Ausbildung des Emitters lediglich an der Vorderseite des Halbleitersubstrates erzielt wird. Preferably, process step B takes place after process step C. This has the advantage that the insulating layer applied in process step C acts as a diffusion barrier on the rear side of the semiconductor substrate in the indirectly or immediately following process step B, so that the formation is cost-effective due to this multiple function of the isoization layer of the emitter is achieved only at the front side of the semiconductor substrate.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Lichteinkopplung und/oder der internen Rejektion und somit des Wirkungsgrades der Solarzelle an der dem Lichteinfal! zugewandten Vorderseite eine Texturierung vorzusehen. Vorzugsweise wird daher in einem Verfahrensschritt T eine Texturierung zumindest der Vorderseite des Halbleitersubstrates durchgeführt. Die Texturierung kann je nach Halbleitersubstrat in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch Ausbildung so genannter„Random Pyramids" oder anderer an sich bekannten optischer Texturen zur Erhöhung der Lichteinkopplung und/oder der internen Reflektion. Besonders vorteilhaft ist es, dass der Verfahrensschritt T nach Verfahrensschritt C ausgeführt wird. Hierdurch kann die Isolierungsschicht zusätzlich als Maskierungsschicht derart dienen, dass lediglich an der Vorderseite des Halbleitersubstrates eine Textur ausgebildet wird. Auch hier erfolgt somit eine Mehrfachfunktion der Isolierungsschicht, so dass in kostengünstiger weise Verfahrensschritte eingespart werden können. It is known to increase the light coupling and / or the internal re j ection and thus the efficiency of the solar cell at the, ope! facing front provide texturing. Preferably, therefore, in a method step T, texturing of at least the front side of the semiconductor substrate is performed. Depending on the semiconductor substrate, texturing can be carried out in a manner known per se, for example by forming so-called "random pyramids" or other optical textures known per se for increasing light coupling and / or internal reflection Process step C is performed. As a result, the insulating layer can additionally serve as a masking layer such that a texture is formed only on the front side of the semiconductor substrate. Here too, a multiple function of the insulation layer thus takes place, so that process steps can be economized in a cost-effective manner.
Die erfindungsgemäße Solarzelle und das erfindungsgemäße Verfahren weist darüber hinaus einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Flexibilität bei der Wahl der auszubildenden Solarzellenstruktur auf: In addition, the solar cell according to the invention and the method according to the invention have a considerable advantage in terms of flexibility in the choice of the solar cell structure to be formed:
Vorteilhafterweise werden daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst eine Vielzahl von so genannten Precursoren bereit gestellt, indem an einer Vielzahl von Halbleitersubstraten jeweils die Verfahrensschritte B und C und vorzugsweise auch Verfahrensschritt T ausgeführt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass diese Precursoren noch keine Ausnehmungen aufweisen und somit noch nicht festgelegt ist, ob mittels dieser Precursoren eine konventionelle Solarzellenstruktur ohne Ausnehmungen oder eine MWT- Solarzellenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird. Es können somit vorgefertigte Precursoren bereit gestellt werden und anschließend wahlweise je nach Auftragslage ohne Ausbildung von Ausnehmungen konventionelle beidseitig kontaktierte Solarzellen oder mittels Durchführung der Verfahrensschritte A und D erfindungsgemäße MWT-Solarzellen hergestellt werden. Advantageously, a plurality of so-called precursors are therefore initially provided in the method according to the invention by carrying out in each case method steps B and C and preferably also method step T on a large number of semiconductor substrates. This results in the advantage that these precursors do not yet have any recesses and thus it is not yet determined whether a conventional solar cell structure without recesses or a MWT solar cell structure according to the present invention is formed by means of these precursors. It is thus possible to provide prefabricated precursors and then, depending on the order situation, to produce conventional solar cells contacted on both sides, depending on the order situation, or MWT solar cells according to the invention by carrying out process steps A and D.
Die elektrisch isolierende Isolierungsschicht an der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle bedeckt die Rückseite vorzugsweise im wesentlichen ganzflächig, ist als Passivierungsschicht ausgeführt und erfüllt somit mehrere Funktionen: Einerseits dient die Isolierungsschicht der elektrischen Isolierung zwi- sehen metallischer Rückseitenkontaktstruktur und Halbleitersubstrat. Andererseits dient sie vorzugsweise ebenfalls der elektrischen Isolierung der metallischen Basiskontaktstruktur von dem Halbleitersubstrat, ausgenommen mehrerer im Vergleich zu der gesamten Rückseitenflächen der Solarzelle kleiner Fiächen- bereiche, an welchen die Basiskontaktstruktur das Halbleitersubstrat kontaktiert und mit diesem elektrisch leitend verbunden ist. Darüber hinaus dient die Passivierungsschicht vorteilhafterweise der Verbesserung der internen Reflektion der Solarzelle und/oder der Rückseltenpassivierung. Zur Erfüllung der vorgenannten Aufgaben kann die dielektrische Passivierungsschicht ais Silixiumoxidschicht, insbesondere Siliziumdioxidschicht ausgebildet sein. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die dielektrische Schicht als Siliziumnitridschicht, Alumini- umoxidschicht oder Siliciumcarbidschicht auszuführen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, ais Isolierungsschicht ein System aus mehreren unterschiedlichen Schichten (Stack-System) zu verwenden, wobei vorzugsweise die verschiedenen Schichten verschiedene Funktionen erfüllen. Ein solches The electrically insulating insulating layer on the back of the solar cell according to the invention covers the back preferably substantially over the entire surface, is designed as a passivation layer and thus fulfills several functions: On the one hand, the insulating layer of electrical insulation between see metallic rear contact structure and semiconductor substrate. On the other hand, it preferably also serves to electrically isolate the metallic base contact structure from the semiconductor substrate, with the exception of a plurality of smaller areas compared to the entire rear surfaces of the solar cell, to which the base contact structure contacts the semiconductor substrate and is electrically conductively connected thereto. In addition, the passivation layer advantageously serves to improve the internal reflection of the Solar cell and / or the Rückseltenpassivierung. To fulfill the abovementioned objects, the dielectric passivation layer may be formed as a silixium oxide layer, in particular a silicon dioxide layer. It is likewise within the scope of the invention to carry out the dielectric layer as silicon nitride layer, aluminum oxide layer or silicon carbide layer. Likewise, it is within the scope of the invention to use a system of several different layers (stack system) as insulation layer, wherein preferably the different layers fulfill different functions. Such
Schichtsystem kann beispielsweise eine passivierende Schicht zur Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit (insbesondere eine oder mehrere der folgenden Schichten SiOx, AlxOy, SiNx, SixNyOz, SiCx), eine elektrisch isolierende Schicht und eventuell eine zusätzliche Schutzschicht (beispielsweise SiNx), welche Schutzschicht das Substrat und die darunter liegenden Schichten bei Hochtemperaturschritten wie beispielsweise Kontaktfeuern vor dem als Rückseitenkontakt eingesetzten Material (typischerweise Aluminium für die Kon- taktierung von p-dotierten Bereichen) schützt. Layer system, for example, a passivating layer to reduce the surface recombination (in particular one or more of the following layers SiO x , Al x O y , SiN x , Si x N y O z , SiC x ), an electrically insulating layer and possibly an additional protective layer ( For example, SiN x ), which protective layer protects the substrate and the underlying layers at high temperature steps such as contact firing before the material used as back contact (typically aluminum for the contact of p-doped regions).
Die einzelnen Verfahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können vorzugsweise gleich oder analog zu der DE 10 2010 026 960 A1 ausgeführt werden, insbesondere hinsichtlich der Verfahrensparameter. Die Offenbarung der DE 10 2010 026 960 A1 wird explizit per Referenz in diese Beschreibung eingebunden. The individual process steps in the process according to the invention can preferably be carried out in the same way or analogously to DE 10 2010 026 960 A1, in particular with regard to the process parameters. The disclosure of DE 10 2010 026 960 A1 is explicitly incorporated by reference into this description.
I nsbesondere wird hinsichtlich der Ausbildung der Isolierungsschicht auf die Ab- sätze [0037] und [0040] verwiesen. Hinsichtlich der Ausbildung der Kontaktstrukturen wird insbesondere Bezug auf die Absätze [0038] und [0039] der DE 10 2010 026 960 A1 Bezug genommen. In particular, reference is made to paragraphs [0037] and [0040] with regard to the formation of the insulating layer. With regard to the construction of the contact structures, reference is made in particular to paragraphs [0038] and [0039] of DE 10 2010 026 960 A1.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfoigt vor Verfahrensschritt B gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Verfahrensschritte, eine Einebnung der Rückseite des Halbleitersubstrates. Die typischerweise verwendeten Halbleitersubstrate, insbesondere monokristalline Siliziumwafer, multikristalline Siiiziumwafer oder mikrokristalline Siliziumwafer weisen typischerweise Unebenheiten auf, die zu ungleichmäßiger Bedeckung und hieraus resultierenden Wirkungsgradverlusten führen können. Eine Eineb- nung vermeidet solche Wirkungsgradverluste. Vorzugsweise erfolgt die Einebnung durch einseitiges Abtragen einer Halbleiterschicht an der Rückseite des Halbleitersubstrates. Insbesondere ist es vorteilhaft, das einseitige Abtragen durch nasschemisches Ätzen, durch Laserablation oder durch Plasma-Ätzen zu erzielen. In a preferred embodiment of the inventive method erfoigt before step B optionally with the interposition of further process steps, a leveling of the back of the semiconductor substrate. The typically used semiconductor substrates, in particular monocrystalline silicon wafers, multicrystalline silicon wafers or microcrystalline silicon wafers typically have unevenness which can lead to uneven coverage and resulting losses in efficiency. A level tion avoids such efficiency losses. The leveling is preferably carried out by unilateral removal of a semiconductor layer on the rear side of the semiconductor substrate. In particular, it is advantageous to achieve one-sided removal by wet-chemical etching, by laser ablation or by plasma etching.
Die Isolierungsschicht kann mittels einem an sich bekannten Verfahren aufgebracht werden, insbesondere Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD), Rohrofenprozesse, Atmospheric Pressure Chemical Vapour Depositi- on (APCVD) oder Kathodenzerstäubung weist den Vorteil auf, dass keine Entfernung der Siliziumdioxidschtcht an unerwünschten Bereichen wie beispielsweise der Vorderseite des Halbleitersubstrates notwendig ist. Ebenfalls vorteilhaft ist der Einsatz von Diffusionsbarrieren, die per Druck, Aufsprühen oder Aufschleudern aufgebracht werden, da hierfür industriell kostengünstig implemen- tierbare Verfahren zur Verfügung stehen. The insulating layer can be applied by means of a per se known method, in particular plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), tube furnace processes, atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) or cathode sputtering has the advantage that no removal of silicon dioxide in unwanted areas such as For example, the front of the semiconductor substrate is necessary. Also advantageous is the use of diffusion barriers, which are applied by pressure, spraying or spin-coating, since industrially inexpensive implementable methods are available for this purpose.
Durch die Verwendung der elektrischen Isolierungsschicht als Diffusionsbarriere bei Erzeugen des Emitters an der Vorderseite des Halbleitersubstrates und/oder mittels Durchführen einer back-to-back-Diffusion, bei welchem mehrere Halb- leitersubstrate mit der Rückseite aneinander liegend einer Emitterdiffusion aus der Gasphase ausgesetzt sind, können die Emitterbereiche der erfindungsgemäßen Solarzelle in einfacher Weise hergesteilt werden. Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt B der oder die Emitterbereiche an der Vorderseite des Halbleitersubstrates umfassend einen der folgenden Verfahrensschritte erzeugt: Ein Erzeugen der Emitterbereiche mittels Diffusion nach Abscheiden einer Dotierstoffquelle an der Vorderseite des Halbleitersubstrates ermöglicht die Verwendung kostengünstiger Prozessverfahren, insbesondere APCVD, PECVD, Aufsprühen, Drucken, Aufhalsen und Abscheiden in einem Tauchbad. Besonders vorteilhaft ist die Durchführung der Diffusion in einem !nline-Ofen. By using the electrical insulation layer as a diffusion barrier when generating the emitter on the front side of the semiconductor substrate and / or by carrying out a back-to-back diffusion, in which a plurality of semiconductor substrates are exposed to a back-to-back emitter diffusion from the gas phase, For example, the emitter regions of the solar cell according to the invention can be produced in a simple manner. Preferably, in method step B, the emitter region or regions is produced on the front side of the semiconductor substrate comprising one of the following method steps: Producing the emitter regions by means of diffusion after depositing a dopant source on the front side of the semiconductor substrate enables the use of cost-effective process methods, in particular APCVD, PECVD, spraying, printing , Necking and settling in a dip. It is particularly advantageous to carry out the diffusion in an inline oven.
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, eine Heterostruktur zu erzeugen, bei der der Emitter über eine Schicht abgeschieden wird. Ebenso kann der Emitter auch über Ionenimplantation hergestellt werden. Die Erzeugung der Ausnehmungen, in denen in weiteren Verfahrensschritten die Durchleitungsstruktur ausgebildet wird, erfolgt vorzugsweise durch Laserablati- on. Der Vorteil bei der Verwendung von Laserverfahren besteht darin, dass auf bekannte Prozessparameter zurückgegriffen werden kann und sich das Verfahren kostengünstig in industrielle Produktionslinien integrieren lässt. Furthermore, it is within the scope of the invention to produce a heterostructure in which the emitter is deposited over a layer. Likewise, the emitter can also be produced by ion implantation. The production of the recesses in which the passage structure is formed in further method steps is preferably carried out by laser ablation. on. The advantage of using laser methods is that it is possible to fall back on known process parameters and to be able to inexpensively integrate the method into industrial production lines.
Die metallischen Strukturen zur Kontaktierung des Emitters, Vorderseitenkon- taktstruktur, Durchleitungskontaktstruktur und Rückseitenkontaktstruktur wurden vorangehend mit den genannten drei Begriffen zur Kennzeichnung der örtlichen Anordnung bezeichnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Strukturen mehrstückig auszubilden, ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, lediglich eine einstückige Metallisierungsstruktur auszubilden, welche Vorderseitenkon- taktstruktur, Durchleitungsstruktur und Rückseitenkontaktstruktur umfasst. The metallic structures for contacting the emitter, front contact structure, via contact structure, and back contact structure have been referred to above with the three terms for identifying the local arrangement. It is within the scope of the invention to form these structures in multiple pieces, it is also within the scope of the invention to form only a one-piece metallization structure comprising front side contact structure, passage structure and back contact structure.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Vorderseitenkontaktstruktur, Rückseitenkontaktstruktur und Durchleitungskontaktstruktur mittels Siebdruck ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass diese Prozesse industriell in einem Inline-Verfahren anwendbar sind und insbesondere die Anwendung des Siebdrucks zur Erzeugung metallischer Strukturen bereits bekannt ist und somit auf vorbekannte Prozessparameter zurückgegriffen werden kann. Hierbei wird Siebdruckpaste verwendet, welche Metallpartikel enthält. Hierbei wird vorzugsweise mittels Siebdruck eine metallhaltige Paste auf die Rückseite des Halbleitersubstrates, gegebenenfalls auf weitere Zwischenschichten, aufgebracht, derart, dass die Paste die Ausnehmungen durchdringt. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the front-side contact structure, rear-side contact structure and passage contact structure are formed by screen printing. This has the advantage that these processes are industrially applicable in an inline process and in particular the application of screen printing for the production of metallic structures is already known and thus can be used on previously known process parameters. This screen printing paste is used, which contains metal particles. In this case, a metal-containing paste is preferably by screen printing on the back of the semiconductor substrate, optionally applied to further intermediate layers, such that the paste penetrates the recesses.
Typischerweise weist bei der erfindungsgemäßen Solarzelle der Emitter den n- Dotierungstyp und die Basis den p-Dotierungstyp auf. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, Emitter und Basis mit hierzu vertauschten Dotierungstypen auszubilden. Typically, in the solar cell according to the invention, the emitter has the n-doping type and the base the p-type doping. It is likewise within the scope of the invention to form emitters and bases with doping types exchanged therefor.
Das Halbleitersubstrat ist vorzugsweise als Siliziumsubstrat, insbesondere als mono- oder weiter bevorzugt multikristalliner Siliziumwafer ausgebildet. Insbesondere ist die Verwendung eines Siliziumwafers mit einem Basiswiderstand im Bereich von 0, 1 Ohm cm bis 10 Ohm cm ausgebildet. The semiconductor substrate is preferably formed as a silicon substrate, in particular as mono- or more preferably multicrystalline silicon wafer. In particular, the use of a silicon wafer with a base resistance in the range of 0, 1 ohm cm to 10 ohm cm is formed.
Wie bereits zuvor ausgeführt, besteht ein; wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, dass an der Rückseite des Halbleitersubstrates und an den Wänden der Ausnehmungen nicht explizit ein Emitter ausgebildet wird. Je nach gewähltem Ablauf und der Anordnung der einzelnen Verfahrensschritte liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, dass der Emitter etwas in die Ausnehmungen eindringt, d. h. dass ausgehend von der Vorderseite des Halbleitersubstrates der Emitter sich an den Wänden der Ausnehmungen erstreckt. Wesentlich ist jedoch, dass der Emitter nicht bis zur Rückseite des Halbleitersubstrates geführt ist, so dass zumindest in dem der Rückseite zugewandten Bereich der Ausnehmung kein Emitter an den Wänden der Ausnehmungen ausgebildet ist. Vorzugsweise beschränkt sich die Emitterausbildung auf die Vorderseite des Halbleitersubstrates und somit wenige μηη der Wände der Ausnehmung an der Vorderseite des Halbleitersubstrates. As stated earlier, there is one; An essential aspect of the present invention is that on the back of the semiconductor substrate and on the Walls of the recesses are not explicitly formed an emitter. Depending on the selected sequence and the arrangement of the individual method steps, however, it is within the scope of the invention for the emitter to penetrate somewhat into the recesses, ie, starting from the front side of the semiconductor substrate, the emitter extends on the walls of the recesses. However, it is essential that the emitter is not guided to the rear side of the semiconductor substrate, so that no emitter is formed on the walls of the recesses at least in the area of the recess facing the rear side. Preferably, the emitter formation is limited to the front side of the semiconductor substrate and thus a few μm of the walls of the recess on the front side of the semiconductor substrate.
An der Vorderseite des Halbleitersubstrates wird die metallische Vorderseiten- kontaktstruktur vorzugsweise in an sich bekannter Weise, insbesondere mittels kammartiger oder doppelkammartiger metallischer Kontaktierungsfinger ausgebildet, welche den Emitter kontaktieren und so den Strom abführen, wobei die vorgenannten Kontaktierungsfinger mit den jeweiligen Durchleitungsstrukturen elektrisch leitend verbunden sind, so dass der Strom derart zu einem rückseitigen externen Kontakt geleitet wird. On the front side of the semiconductor substrate, the metallic front side contact structure is preferably formed in a manner known per se, in particular by means of comb-like or double-comb metallic contacting fingers, which contact the emitter and thus dissipate the current, wherein the aforementioned contacting fingers are electrically conductively connected to the respective feedthrough structures, such that the current is conducted to a back external contact.
Um eine ausreichende Durchdringung der Ausnehmungen mit Siebdruckpaste zu gewährleisten, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Aufbringen der Siebdruckpaste auf der Vorderseite zwischen Vorder- und Rückseite des Halbleitersubstrates eine Druckdifferenz erzeugt, derart, dass aufgrund der Druckdifferenz die Paste in die Ausnehmungen gedrückt wird. In dieser vorzugsweisen Ausführungsform wird somit aufgrund der Druckdifferenz die Paste von der Rückseite durch die Ausnehmungen hindurch„gesaugt" so dass in einfacher Weise die Erzeugung der Durchieitungsstrukturen gewährleistet wird. In order to ensure adequate penetration of the recesses with screen printing paste, in the method according to the invention, after applying the screen printing paste on the front between the front and back of the semiconductor substrate, a pressure difference is generated, such that due to the pressure difference, the paste is pressed into the recesses. In this preferred embodiment, therefore, due to the pressure difference, the paste is "sucked" from the back through the recesses so that the generation of the through-passage structures is ensured in a simple manner.
Besonders vorteilhaft bei der Ausbildung der Rückseitenkontaktstruktur mittels Siebdruck ist der Einsatz von Pasten, welche die Isolierungsschicht bei Ausbilden der Kontaktstrukturen nicht durchdringen, insbesondere silberhaltige Pasten, vorzugsweise ohne Zusätze, die die Isolationsschicht auf der Rückseite angreifen, insbesondere ohne oder zumindest nur mit einem geringen Anteil an Glasfritte. So kann das Risiko einer Kontaktausbildung und damit eines Kurz- Schlusses zwischen Halbleitersubstrat des Basisdotierungstyps und Rückseitenkontakt weiter verringert werden. Particularly advantageous in the formation of the back contact structure by means of screen printing is the use of pastes, which do not penetrate the insulation layer in forming the contact structures, especially silver-containing pastes, preferably without additives, which attack the insulation layer on the back, especially without or at least only a small proportion on glass frit. Thus, the risk of contact training and thus of short-term Conclusion between semiconductor substrate of the basic doping type and back contact can be further reduced.
Weitere vorzugsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen die Ausbildung von Vorderseitenkontaktstruktur und/oder Rückseiten- kontaktstruktur und/oder Durchleitungskontaktstruktur durch galvanische Ab- scheidung, Dispensen, Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder Druckverfahren wie beispielsweise InkJet oder Aerosol. An der Rückseite der erfindungsgemäßen Solarzelle sind die metallische Rück- seitenkontaktstruktur und die metallische Basäskontaktstruktur voneinander beabstandet, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Vorzugsweise beträgt der Abstand dieser beiden Kontaktstrukturen mindestens 100μηι. Die Ausbildung dieser Kontaktstrukturen kann in an sich bekannter Weise und in an sich bekannter Form wie bei vorbekannten MWT-Solarzellen erfolgen. Der vorgenannte Abstand zwischen den Kontaktstrukturen ist vorzugsweise derart gewählt, dass Prozessschwankungen toleriert werden können und Verluste durch den Transport von Ladungsträgern in der Basis bis zur nächst möglichen elektrisch leitenden Verbindung gleichzeitig minimiert werden. Die Kontaktstrukturen weisen vorzugs- weise Bereiche (so genannte Pads) auf, die mit einer speziellen Oberflächenbeschaffenheit und/oder Materialzusammensetzung versehen sind, um die elektrische Verbindung für eine externe Verschaltung zu vereinfachen. Further preferred embodiments of the method according to the invention include the formation of front-side contact structure and / or rear-side contact structure and / or via contact structure by galvanic deposition, dispensing, vapor deposition, cathode sputtering or printing methods such as inkjet or aerosol. At the rear side of the solar cell according to the invention, the metallic back-side contact structure and the metallic base contact structure are spaced apart from one another in order to avoid a short circuit. Preferably, the distance between these two contact structures is at least 100μηι. The formation of these contact structures can be effected in a manner known per se and in a manner known per se, as in previously known MWT solar cells. The aforesaid distance between the contact structures is preferably chosen such that process fluctuations can be tolerated and losses due to the transport of charge carriers in the base to the next possible electrically conductive connection are simultaneously minimized. The contact structures preferably have areas (so-called pads), which are provided with a special surface finish and / or material composition in order to simplify the electrical connection for an external interconnection.
Nachfolgend werden weitere vorzugsweise Ausführungsformen des erfindungs- gemäßen Verfahrens beschrieben: In the following, further preferred embodiments of the method according to the invention are described:
Nach Bereitstellung des Halbleitersubstrates wird vorzugsweise ein Sägeschaden, welcher typischerweise bei einem Halbleitersubstrat vorliegt, entfernt. Danach erfolgt vorzugsweise eine Texturierung der Vorderseite des Halbleitersubstrates, bevorzugt durch nasschemische Prozesse oder Plasmaprozesse (Verfahrensschritt T). After provision of the semiconductor substrate, preferably a sawing damage, which is typically present in a semiconductor substrate, is removed. Thereafter, preferably a texturing of the front side of the semiconductor substrate, preferably by wet-chemical processes or plasma processes (process step T).
Danach erfolgt vorzugsweise eine Einebnung der Rückseite des Halbleitersub- strates insbesondere durch einseitige nasschemische Prozesse oder Plasmaprozesse. Danach kann vorzugsweise eine Reinigung zum Entfernen von Verschmutzungen erfolgen. Danach erfoigt vorzugsweise das Erzeugen eines Emitterbereiches auf der Vorderseite des Halbleitersubstrates (Verfahrensschritt B) und das Erzeugen der Isolierungsschicht, insbesondere einer dielektrische Schicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrates (Verfahrensschritt C). Hierfür sind diverse Prozesssequenzen in an sich bekannter Weise einsetzbar. Wesentlich ist, dass die Isolie- rungsschicht an der Rückseite eine elektrisch isolierende Wirkung aufweist. This is preferably followed by a leveling of the back side of the semiconductor substrate, in particular by one-sided wet-chemical processes or plasma processes. Thereafter, preferably a cleaning to remove contaminants can take place. Thereafter, preferably, the generation of an emitter region on the front side of the semiconductor substrate (method step B) and the production of the insulating layer, in particular a dielectric layer, on the rear side of the semiconductor substrate (method step C) are performed. For this purpose, various process sequences can be used in a conventional manner. It is essential that the insulating layer has an electrically insulating effect on the rear side.
Anschließend kann eine Ein- oder mehrlagige Antireflexschicht auf der Vorderseite aufgebracht werden, beispielsweise mittels PECVD oder mitteis Sputtern. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine solche Antireflexschicht vor Verfahrensschritt B aufzubringen und die Antireflexschicht zusätzlich mit einer Dotierstoffquelle zum Ausbilden des Emitters vorzusehen. Subsequently, a single-layer or multi-layer antireflection layer can be applied on the front side, for example by means of PECVD or by means of sputtering. It is likewise within the scope of the invention to apply such an antireflection layer before method step B and to additionally provide the antireflection layer with a dopant source for forming the emitter.
Anschließend erfolgt vorzugsweise das Ausbilden der Ausnehmungen (Verfahrensschritt A), der Durchleitungsstrukturen, der metallischen Basiskontaktstruk- tur, der metallischen Vorderseitenkontaktstruktur und der metallischen Rücksei- tenkontaktstruktur (Verfahrensschritt D). Hierzu kann beispielsweise die Ausbildung der Ausnehmungen mittels eines Lasers erfolgen. Die metallischen Kontaktstrukturen auf der Vorder- und der Rückseite zur Kontaktierung des Emitters können bevorzugt mittels Siebdruck erfolgen. Ebenso kann die metallische Ba- siskontaktstruktur mitteis Siebdruck erfolgen. Hierzu können an sich bekannte Verfahren, insbesondere das so genannte LFC-Verfahren durch lokales Aufschmelzen mittels eines Lasers Anwendung finden. Subsequently, the recesses are preferably formed (method step A), the passage structures, the metallic base contact structure, the metallic front-side contact structure and the metallic back-side contact structure (method step D). For this purpose, for example, the formation of the recesses by means of a laser. The metallic contact structures on the front and the back for contacting the emitter may preferably be effected by means of screen printing. Likewise, the metallic base contact structure can take place by screen printing. For this purpose, known methods, in particular the so-called LFC method, can be used by local melting by means of a laser.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass die erfindungsgemäße Solarzellenstruktur und das erfindungsgemäße Verfahren sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass keine oder nur geringfügige Beschränkungen hinsichtlich der Wahl der Verfahren zur Ausbildung der metallischen Kontaktstrukturen vorliegen, so dass die gängigen bekannten Verfahren Anwendung finden und je nach Ausgestaltung der Prozesslinie eingesetzt werden können. Vorzugsweise erfolgt nach Aufbringen der metallischen Kontaktstrukturen ein Kontaktfeuern, sofern dies für die Metallisierungen notwendig ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung mehrere Kontaktfeuerungsschritte zwischenzuschalten. In principle, it should be noted that the solar cell structure according to the invention and the method according to the invention are characterized in particular by the fact that there are no or only slight restrictions with regard to the choice of methods for forming the metallic contact structures, so that the common known methods are used and used depending on the design of the process line can be. Preferably, after applying the metallic contact structures, a contact firing takes place, if this is necessary for the metallizations. Likewise, it is within the scope of the invention to interpose several Kontaktfeuerungsschritte.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, weitere Temperaturschritte zur Ausheilung der lokalen Kontakte und/oder zur Verbesserung der Passivierungswirkung (ein Temperschritt) in an sich bekannter Weise durchzuführen. Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen der erfindungsgemäßem Solarzelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der Figuren und der Figurenbeschreibung erläutert. Dabei zeigt: Likewise, it may be advantageous to carry out further temperature steps for annealing the local contacts and / or for improving the passivation effect (an annealing step) in a manner known per se. Further preferred features and embodiments of the solar cell according to the invention and of the method according to the invention are explained below with reference to the figures and the description of the figures. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Teilausschnitts eines Ausfüh- rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle und 1 shows a schematic representation of a partial section of an embodiment of a solar cell according to the invention and
Figur 2 einen Vergleich der Kennlinien von drei MWT-Solarzellen bei FIG. 2 shows a comparison of the characteristics of three MWT solar cells
Rückwärtsbelastung. Die erfindungsgemäße Solarzelle in Figur 1 umfasst ein p-dotiertes Halbleitersubstrat 1 , welches als mono- oder multikristalliner Siliziumwafer mit einem Basiswiderstand von 0,1 Ohm cm bis 10 Ohm cm ausgebildet ist. An der in Figur 1 oben dargestellten Vorderseite ist ein vorderseitiger Emitterbereich 2 ausgebildet. Die Vorderseite weist zur Erhöhung der Lichteinkopplung eine Texturie- rung auf und zusätzlich ist zur Erhöhung der Lichteinkopplung auf der Vorderseite des Haibleitersubstrates 1 eine als Siliziumnitridschicht ausgebildete Anti- reflexschicht 3 mit einer Dicke von etwa 70 nm angeordnet.  Reverse stress. The solar cell according to the invention in FIG. 1 comprises a p-doped semiconductor substrate 1, which is designed as a monocrystalline or multicrystalline silicon wafer with a base resistance of 0.1 ohm cm to 10 ohm cm. On the front side shown in Figure 1 above, a front emitter region 2 is formed. The front side has texturing to increase the light coupling and, in addition, to increase the light coupling on the front side of the semiconductor substrate 1, an antireflection layer 3 in the form of a silicon nitride layer 3 with a thickness of approximately 70 nm is arranged.
Figur 1 zeigt lediglich einen Teilausschnitt der erfindungsgemäßen Solarzelle mit lediglich einer Ausnehmung 4. Die Solarzelle setzt sich spiegelbildlich nach rechts und links fort und weist eine Vielzahl von Ausnehmungen auf, wie an sich bei MWT-Solarzellenstrukturen bekannt. Figure 1 shows only a partial section of the solar cell according to the invention with only one recess 4. The solar cell continues mirror images to the right and left and has a plurality of recesses, as known per se in MWT solar cell structures.
Die Ausnehmung 4 erstreckt sich von der Vorder- zur Rückseite der Solarzelle und ist in etwa zylindrisch ausgebildet. 68940 The recess 4 extends from the front to the back of the solar cell and is approximately cylindrical. 68940
Die Rückseite des Halbleitersubstrates 1 ist durch eine Schichtsystem aus Alu- miniumoxid und Siliziumnitrid mit einer Gesamtdicke von 100 nm ausgebildete Isolierungsschicht 6 bedeckt, welche somit zusätzlich als Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit dient. Die Iso- lierungsschicht 6 bedeckt die Rückseite des Halbleitersubstrates 1 ganzflächig und ist wiederum sowohl von einer metallischen Rückseitenkontaktstruktur 7 als auch von mehreren metallischen Basiskontaktstrukturen 8, 8' bedeckt. Die Basiskontaktstrukturen 8, 8' durchdringen die Isolierungsschicht 6 an einer Vielzahl von punktartigen Kontaktierungsbereichen, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Basiskontaktstrukturen 8, 8' und dem Halbleitersubstrat besteht. The rear side of the semiconductor substrate 1 is covered by an insulating layer 6 formed by a layer system of aluminum oxide and silicon nitride with a total thickness of 100 nm, which thus additionally serves as a passivation layer for reducing the surface recombination velocity. The insulating layer 6 covers the rear side of the semiconductor substrate 1 over the whole area and in turn is covered both by a metallic rear contact structure 7 and by a plurality of metallic base contact structures 8, 8 '. The base contact structures 8, 8 'penetrate the insulating layer 6 at a plurality of point-like contacting regions, so that there is an electrical contact between the base contact structures 8, 8' and the semiconductor substrate.
An der Vorderseite der Solarzelle ist eine metallische Vorderseitenkontaktstruk- tur 9 ausgebildet, welche mit dem Emitterbereich 2 elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist die Vorderseitenkontaktstruktur 9 unmittelbar, d. h. ohne zwi- schengeschaltete Antireflexschicht 3 auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet. At the front of the solar cell, a metallic front side contact structure 9 is formed, which is electrically conductively connected to the emitter region 2. Here, the front side contact structure 9 is immediate, i. H. arranged without an intermediate anti-reflection layer 3 on the semiconductor substrate 1.
In der Ausnehmung 4 ist eine metallische Durchleitungsstruktur 10 ausgebildet. Vorderseitenkontaktstruktur 9, Durchleitungsstruktur 10 und Rückseitenkontaktstruktur 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet und dem- entsprechend elektrisch leitend miteinander verbunden. In the recess 4, a metallic passage structure 10 is formed. Front contact structure 9, transmission structure 10 and back contact structure 7 are integrally formed in this embodiment and accordingly electrically conductively connected to each other.
Wesentlich ist, dass einerseits in den in Figur 1 mit A und A' gekennzeichneten Überlappungsbereichen zwar die Rückseitenkontaktstruktur 7 das Halbleitersubstrat 1 im Bereich der Basisdotierung überdeckt, von diesem jedoch durch die zwischenliegende Isolierungsschicht 6 elektrisch isoliert ist, Weiterhin ist an den Wänden der Ausnehmung 4 und an der Rückseite des Halbleitersubstrates 1 und insbesondere in den Bereichen A und A' kein Emitter ausgebildet. Lediglich in dem mit B und B' in Figur 1 gekennzeichneten Bereich, in welchem der Emitterbereich 2 an der Vorderseite an die Ausnehmung 4 angrenzt, dringt der Emit- ter wenige μιη an den Wänden der Ausnehmung 4 in das Halbleitersubstrat ein. It is essential that, on the one hand, in the overlapping areas marked A and A 'in FIG. 1, the back contact structure 7 covers the semiconductor substrate 1 in the region of the base doping, but is electrically insulated therefrom by the intervening insulation layer 6 and formed on the back of the semiconductor substrate 1 and in particular in the areas A and A 'no emitter. Only in the region marked B and B 'in FIG. 1, in which the emitter region 2 adjoins the recess 4 at the front side, does the emitter penetrate a few μm on the walls of the recess 4 into the semiconductor substrate.
Das Halbleitersubstrat weist eine Gesamtdicke im Bereich von 30 μηι bis The semiconductor substrate has a total thickness in the range of 30 μηι to
300 μηι, vorliegend von etwa 200 μηι auf. Die Vorderseitenkontaktstruktur ist wie bei vorbekannten MWT-Solarzellen ausgebildet, dargestellt beispielsweise in„Processing and comprehensive charac- terisation of screen-printed mc-si metal wrap through (mwt) solar cells", Clement et al., Proceedings of the 22nd European Photovoitaic Solar Energy Conference, Milan, 2007. Die mittels lokaler Erwärmung durch einen Laser erzeugten lokalen elektrisch leitenden Verbindungen (LFC) zwischen Halbleitersubstrat 1 und Basiskontakt- struktur 8 , 81 sind in etwa gleichmäßig über die Basiskontaktstruktur verteilt, in etwa punktförmig ausgebildet mit einem Abstand im Bereich von 100 μητι bis 1 mm, in diesem Fall von etwa 500 μηι. Insgesamt sind etwa 98,5% der Rückseite des Halbleitersubstrates durch die Isolierungsschicht bedeckt, etwa 1 ,5% durch die elektrisch leitenden, punktförmigen Kontakte. Die Solarzelle weist Ausnehmungen mit einem Durchmesser von etwa 100 pm auf, wobei die Ausnehmungen auf Linien angeordnet sind, durchschnittlich wird 1 Loch je 4 cm2 Solarzellenfläche ausgebildet. 300 μηι, in this case of about 200 μηι on. The front-side contact structure is formed as in previously known MWT solar cells, shown for example in "Processing and Comprehensive Characteristics". Clement et al., Proceedings of the 22nd European Solar Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, 2007. The Local Electro-Conductive Compounds Produced by Local Heating (Laser) LFC) between the semiconductor substrate 1 and base contact structure 8, 8 1 are approximately uniformly distributed over the base contact structure, approximately point-shaped with a spacing in the range of 100 μητι to 1 mm, in this case of about 500 μηι Approximately 1.5% of the backside of the semiconductor substrate covered by the insulating layer is approximately 1.5% through the electrically conductive point contacts The solar cell has recesses with a diameter of approximately 100 pm, the recesses being arranged on lines, on average one hole each 4 cm 2 solar cell surface formed.
Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wird mit dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt: Das Halbleitersubstrat 1 wird in einem Verfahrensschritt 0 einer Oberflächenbearbeitung unterzogen. The exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 is produced using the exemplary embodiment of a method according to the invention described below: In a method step 0, the semiconductor substrate 1 is subjected to a surface treatment.
Hierbei werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: Entfernen von Oberflächenschäden, die von der Herstellung des Halbleitersubstrats herrühren und Ausbilden einer Texturierung zumindest auf der Vorderseite zur Verbesserung des Lichteinfangs. In this case, the following method steps are carried out: removing surface damage resulting from the production of the semiconductor substrate and forming a texturing at least on the front side to improve the light capture.
Anschließend wird in einem Verfahrensschritt C die zuvor beschriebene Isolierungsschicht 6 vollflächig auf der Rückseite des Halbleitersubstrates aufge- bracht. Alternativ zu der oben beschriebenen Isolierungsschicht 6, kann die iso- lierungsschicht auch als Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von 200 nm ausgebildet werden und beispielsweise mittels PECVD oder thermischer Oxidation mit anschließender einseitiger Rückätze erzeugt werden. Anschließend kann eine Reinigung erfolgen, in welcher das Halbleitersubstrat von eventuellen Verunreinigungen und Rückständen befreit wird. Diese Reini- gung wird vorzugsweise nasschemisch unter Verwendung ätzender Flüssigkeiten wie Flusssäure, Kalilauge oder anderen Substanzen durchgeführt. Subsequently, in a method step C, the insulation layer 6 described above is applied over the whole area on the back side of the semiconductor substrate. As an alternative to the insulating layer 6 described above, the insulating layer can also be formed as a silicon oxide layer having a thickness of 200 nm and produced, for example, by means of PECVD or thermal oxidation with subsequent unilateral backfilling. Subsequently, a cleaning can take place in which the semiconductor substrate is freed of any impurities and residues. This cleaning The application is preferably carried out wet-chemically using caustic liquids such as hydrofluoric acid, potassium hydroxide or other substances.
In einem Verfahrensschritt B erfolgt anschließend die Erzeugung des vorbe- schriebenen Emitterbereiches 2 an der Vorderseite des Halbleitersubstrates 1. Hierzu wird eine Diffusion aus der Gasphase durchgeführt, so dass phosphor- haltiges Glas auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden und anschließend durch Temperatureinwirkung an der Vorderseite in das Halbleitersubstrat aufgebracht wird. An der Rückseite wirkt die bereits aufgebrachte Isolierungsschicht 6 als Diffusionsbarriere, so dass rückseitig kein Emitter ausgebildet wird. Die Diffusion des Emitters wird durch Erwärmen des Halbleitersubstrates auf eine Temperatur im Bereich von 800 °C bis 900 °C für eine Zeitdauer von etwa 45 min durchgeführt. Das hierbei entstehende Silikatglas wird nachfolgend in einem Ätzschritt mittels Eintauchen des Halbleitersubstrats in Flusssäure mit einer Konzentration von ungefähr 10% für eine Zeitdauer von ca. 30 s entfernt. In a method step B, the previously described emitter region 2 is then produced on the front side of the semiconductor substrate 1. For this purpose, diffusion from the gas phase is carried out so that phosphorus-containing glass is deposited on the semiconductor substrate and subsequently into the semiconductor substrate by the action of temperature on the front side is applied. At the back of the already applied insulation layer 6 acts as a diffusion barrier, so that no emitter is formed on the back side. The diffusion of the emitter is performed by heating the semiconductor substrate to a temperature in the range of 800 ° C to 900 ° C for a period of about 45 minutes. The resulting silicate glass is subsequently removed in an etching step by immersing the semiconductor substrate in hydrofluoric acid at a concentration of about 10% for a period of about 30 seconds.
Anschließend wird die Antireflexschicht 3 auf die Vorderseite des Halbleitersub- strates zur Verbesserung der Lichteinkopplung aufgebracht, wobei die Antireflexschicht 3 als Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von etwa 70 nm ausgebildet wird. Ebenfalls kann die Antireflexschicht 3 als Schichtsystem ausgebildet werden, insbesondere umfassend eine oder mehrere der Schichten Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid. Subsequently, the antireflection layer 3 is applied to the front side of the semiconductor substrate for improving the light coupling, wherein the antireflection layer 3 is formed as a silicon nitride layer with a thickness of about 70 nm. Likewise, the antireflection layer 3 can be formed as a layer system, in particular comprising one or more of the layers silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride.
I n einem Verfahrensschritt A erfolgt anschließend die Erzeugung mehrerer Ausnehmungen, der so genannten„MWT-Löcher", mit einem Durchmesser von vorzugsweise 50 pm bis 200 pm. Die Erzeugung der MWT-Löcher erfolgt mittels eines Lasers, wie beispielsweise in„Emitter wrap-through solar cell", Gee et al. , Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Louisville, 1993 beschrieben. Wobei die Löcher an den Positionen des A plurality of recesses, the so-called "MWT holes", having a diameter of preferably 50 μm to 200 μm are then produced in a method step A. The MWT holes are produced by means of a laser, as described, for example, in "emitter wrappers". through solar cell ", Gee et al. , Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Louisville, 1993. Whereby the holes at the positions of the
Halbleitersubstrats ausgebildet werden, an denen in den darauffolgenden Verfahrensschritten die Rückseitenkontaktstruktur angeordnet wird. Da die Ausnehmungen erst nach Ausbilden des Emitters erzeugt werden, müssen die Wände der Ausnehmungen nicht in einem aufwändigen Verfahrens- schritt nachprozessiert werden, da an den Wänden der Ausnehmungen kein Emitter ausgebildet wird und somit das Risiko einer wesentlichen Beeinträchtigung des Wirkungsgrades durch einen Verluststrom in der Raumladungszone eines Emitters an den Wänden der Ausnehmungen nicht gegeben ist. Semiconductor substrate are formed, at which in the subsequent process steps, the back side contact structure is arranged. Since the recesses are only produced after the formation of the emitter, the walls of the recesses do not have to be complicated in a complex process. step be nachprozessiert, since no emitter is formed on the walls of the recesses and thus the risk of a significant impairment of the efficiency by a leakage current in the space charge zone of an emitter on the walls of the recesses is not given.
Anschließend erfolgt in einem Verfahrensschritt D die Ausbildung der metallischen Kontaktstrukturen: Durchleitungskontaktstruktur, Rückseitenkontaktstruk- tur, Basiskontaktstruktur sowie Vorderseitenkontaktstruktur. Dies kann beispielsweise in an sich bekannter Weise mittels Siebdruck vorgenommen werden. Subsequently, in a method step D, the formation of the metallic contact structures takes place: lead-through contact structure, rear-side contact structure, base contact structure and front-side contact structure. This can be done, for example, in a conventional manner by means of screen printing.
In Figur 2 sind gemessene Kennlinien von drei MWT-Solarzellenstrukturen: In FIG. 2, measured characteristic curves of three MWT solar cell structures are:
Die durchgezogen und mit„HIP-MWT+" gekennzeichnete Kennlinie wurde an einer Solarzelle gemessen, weiche den in Figur 1 dargestellten Ausführungsbei- spiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle entspricht. Die gestrichelt dargestellte und mit„HIP-MWT" gekennzeichnete Kennlinie entspricht einer Solarzelle gemäß DE 1 0 201 0 026 960 A1 , welche somit ebenfalls eine Isolierungsschicht an der Rückseite aufweist, jedoch darüber hinaus einen Emitterbereich an den Wänden der Ausnehmung. Die gepunktet dargestellte Kennlinie, weiche mit „MWT-BSF" gekennzeichnet ist, entspricht einer Solarzelle gemäß Figur 4 der WO 2012/026812, welche somit keinen Emitter an den Wänden der Ausnehmung und keine elektrische Isolierungsschicht an der Rückseite des Halbleitersubstrates aufweist. Die Messung erfolgte jeweils unter Rückwärtsbelastung. Dargestellt ist die jeweils angelegte Spannung (voltage) in V gegen den gemessenen Strom (cur- rent) in A. Deutlich ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Solarzelle HIP- MWT+ nur einen geringfügig höheren Strom bei Rückwärtsbeiastung verglichen mit der hier als Referenz anzusehenden HIP-MWT (gestrichelte Linie) aufweist. in beiden Fällen ist der Stromfluss bei Rückwärtsbelastung ausreichend niedrig, so dass das Risiko einer die Solarzelle oder das Modul schädigenden Hitzeentwicklung bei Teilabschattung gering ist. Die Kennlinie der MWT-BSF-Solarzelie (gepunktet) weist jedoch erheblich höhere Ströme auf. Hier besteht ein erhebliches Risiko, dass bei Teilabschattung eine Beschädigung der Solarzelle und/oder des Moduls aufgrund von Hitzeentwicklung erfolgt, so dass in einem Modul das Vorsehen zusätzlicher Bypassdioden notwendig ist. The characteristic curve drawn through and labeled "HIP-MWT +" was measured on a solar cell which corresponds to the exemplary embodiment of a solar cell according to the invention shown in Figure 1. The characteristic shown in dashed lines and labeled "HIP-MWT" corresponds to a solar cell according to DE 10 201 0 026 960 A1, which thus also has an insulating layer on the back, but moreover an emitter region on the walls of the recess. The dotted characteristic curve, which is labeled "MWT-BSF", corresponds to a solar cell according to FIGURE 4 of WO 2012/026812, which thus has no emitter on the walls of the recess and no electrical insulation layer on the rear side of the semiconductor substrate The respective applied voltage (voltage) in V is shown against the measured current (cur rent) in A. It can clearly be seen that the solar cell HIP-MWT + according to the invention only has a slightly higher current in the case of backward loading compared with the present invention In both cases, the current flow is sufficiently low for reverse loading, so that the risk of heat generation damaging the solar cell or the module in the case of partial shading is low ), however, has significantly higher currents, where there is an e Significant risk that partial shading damage the solar cell and / or the module due to heat, so that in a module, the provision of additional bypass diodes is necessary.

Claims

Ansprüche claims
1. Photovoltaische Solarzelle mit einer zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite, 1. Photovoltaic solar cell with a trained for light coupling front,
wobei die Solarzelle  being the solar cell
- ein Halbleitersubstrat (1 ) eines Basisdotierungstyps,  a semiconductor substrate (1) of a basic doping type,
mindestens einen an der Vorderseite ausgebildeten Emitterbereich (2) eines Emitterdotierungstyps, der dem Basisdotierungstyp entgegengesetzt ist,  at least one front-side emitter region (2) of an emitter doping type opposite to the base doping type,
- mindestens eine auf der Vorderseite zur Stromeinsammlung ausgebildete metallische Vorderseitenkontaktstruktur (9), die mit dem Emitterbereich (2) elektrisch leitend verbunden ist,  at least one metallic front side contact structure (9) formed on the front side for current collection, which is electrically conductively connected to the emitter region (2),
- mindestens eine metallische Basiskontaktstruktur (8, 8'), welche an einer Rückseite der Solarzelle angeordnet und mit dem Halb- leitersubstrat (1 ) in einem Bereich des Basisdotierungstyps elektrisch leitend verbunden ist,  at least one metallic base contact structure (8, 8 ') which is arranged on a rear side of the solar cell and is electrically conductively connected to the semiconductor substrate (1) in a region of the basic doping type,
mindestens eine sich von der Vorder- zu der Rückseite erstreckende Ausnehmung (4) in dem Halbleitersubstrat (1 ) und mindestens eine Durchleitungsstruktur (10), wobei die Durchleitungsstruktur (10) in der Ausnehmung (4) von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates geführt und mit der Vorderseitenkontaktstruktur (9) elektrisch leitend verbunden ist und  at least one recess (4) extending in the semiconductor substrate (1) from the front to the rear side and at least one transmission structure (10), wherein the transmission structure (10) in the recess (4) from the front to the rear side of the semiconductor substrate guided and electrically conductively connected to the front side contact structure (9) and
- mindestens eine metallische Rückseitenkontaktstruktur (7), welche an der Rückseite angeordnet und mit der Durchleitungsstruktur (10) elektrisch leitend verbunden ist  - At least one metallic rear contact structure (7), which is arranged on the back and electrically conductively connected to the passage structure (10)
umfasst, wobei  includes, where
an der Rückseite des Halbleitersubstrates, gegebenenfalls auf weiteren Zwischenschichten, eine elektrisch isolierende Isolierungsschicht (6) angeordnet ist, welche die Rückseite zumindest in den die Ausnehmung (4) umgebenden Bereichen bedeckt,  an electrically insulating insulating layer (6) is arranged on the rear side of the semiconductor substrate, optionally on further intermediate layers, which covers the rear side at least in the areas surrounding the recess (4),
und die Rückseitenkontaktstruktur (7) auf der Isolierungsschicht (6), gegebenenfalls auf weiteren Zwischenschichten angeordnet ist, so dass die Rückseitenkontaktstruktur (7) durch die Isolierungsschicht (6) gegenüber dem unter der isolierungsschicht (6) liegenden Halbleitersubstrat (1) elektrisch isoliert ist, and the rear side contact structure (7) is arranged on the insulating layer (6), optionally on further intermediate layers, so that the rear side contact structure (7) faces through the insulating layer (6) the semiconductor substrate (1) underlying the insulating layer (6) is electrically insulated,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in dem Halbleitersubstrat (1 ) an den Wänden der Ausnehmung (4) abseits des vorderseitigen Emitterbereiches die Durchleitungsstruktur (10) unmittelbar an einen Basisbereich des Basisdotierungstyps angrenzt.  in that in the semiconductor substrate (1) on the walls of the recess (4) away from the front-side emitter region, the passage structure (10) directly adjoins a base region of the basic doping type.
2. Photovoltaische Solarzelle nach Anspruch 1 , 2. Photovoltaic solar cell according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass an der Rückseite der Solarzelle kein Emitter ausgebildet ist.  that no emitter is formed on the back of the solar cell.
3. Photovoltaische Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 3. Photovoltaic solar cell according to one of the preceding claims, characterized
dass die metallische Rückseitenkontaktstruktur (7) mindestens 0.05%, bevorzugt im Bereich 0.2% bis 2%, höchstens jedoch 5% der Isolierungsschicht bedeckt.  the metallic rear contact structure (7) covers at least 0.05%, preferably in the range 0.2% to 2%, but at most 5% of the insulating layer.
4. Photovoltaische Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. Photovoltaic solar cell according to one of the preceding claims, characterized
dass die Durchleitungsstruktur als Metallstift oder mittels Leitkleber ausgebildet ist.  that the passage structure is formed as a metal pin or conductive adhesive.
5. Photovoltaische Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 5. Photovoltaic solar cell according to one of the preceding claims, characterized
dass die spezifische Leitfähigkeit der Durchleitungsstruktur zumindest in horizontaler Richtung, vorzugsweise in beliebiger Raumrichtung im Wesentlichen konstant ist.  the specific conductivity of the passage structure is substantially constant at least in the horizontal direction, preferably in any spatial direction.
6. Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle mit einer zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite, insbesondere einer Solarzelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. A method for producing a photovoltaic solar cell with a light input for coupling front side, in particular a solar cell according to one of the preceding claims,
folgende Verfahrensschritte umfassend:  comprising the following method steps:
A Erzeugen einer Mehrzahl von Ausnehmungen in einem Halbleitersubstrat (1) eines Basisdotierungstyps, B Erzeugen eines oder mehrerer Emitterbereiche eines Emitterdotierungstyps zumindest an der Vorderseite des Halbleitersubstrates, wobei der Emitterdotierungstyp entgegengesetzt zu dem Basisdotierungstyp ist, A producing a plurality of recesses in a semiconductor substrate (1) of a basic doping type, B generating one or more emitter regions of an emitter doping type at least at the front side of the semiconductor substrate, the emitter doping type being opposite to the base doping type,
C Aufbringen einer elektrisch isolierenden Isolierungsschicht (6) und D Erzeugen von Durchleitungsstrukturen in den Ausnehmungen, von mindestens einer metallischen Basiskontaktstruktur (8, 8') an der Rückseite der Solarzeile, welche elektrisch leitend mit dem Halbleitersubstrat (1 ) in einem Basisdotierbereich ausgebildet wird, von mindestens einer metallischen Vorderseitenkontaktstruktur (9) an der Vorderseite der Solarzelle, welche elektrisch leitend mit dem Emitterbereich (2) an der Vorderseite des Halbieitersubstrates und elektrisch leitend mit der Durchleitungsstruktur verbunden ausgebildet wird und  C applying an electrically insulating insulating layer (6) and D generating transmission structures in the recesses, of at least one metallic base contact structure (8, 8 ') on the rear side of the solar line, which is formed electrically conductively with the semiconductor substrate (1) in a base doping region, at least one metallic front-side contact structure (9) on the front side of the solar cell, which is formed electrically conductively connected to the emitter region (2) on the front side of the Halbieitersubstrates and electrically conductively connected to the passage structure and
von mindestens einer Rückseitenkontaktstruktur (7) an der Rückseite der Solarzelle, welche mit der Durchleitungsstruktur elektrisch leitend verbunden ausgebildet wird,  at least one rear-side contact structure (7) on the rear side of the solar cell, which is formed electrically conductively connected to the passage structure,
wobei in Verfahrensschritt C die Isolierungsschicht (6) die Rückseite deswherein in process step C, the insulating layer (6) the back of the
Halbieitersubstrates, mittelbar oder bevorzugt unmittelbar, bedeckend aufgebracht wird, Halbieitersubstrates, indirectly or preferably applied directly, covering,
in Verfahrensschritt D in process step D
- die Rückseitenkontaktstruktur (7) auf die Isolierungsschicht (6), mittelbar oder bevorzugt unmittelbar, aufgebracht wird, derart, dass die Rückseitenkontaktstruktur (7) sich über Bereiche des Halbieitersubstrates mit Basisdotierung erstreckt und in diesen Bereichen zumindest aufgrund der dazwischenliegenden Isolierungsschicht (6) eine elektrische Isolierung zwischen Rückseitenkontaktstruktur (7) und Halbleitersubstrat (1 ) ausgebildet wird und the rear side contact structure (7) is applied to the insulating layer (6), indirectly or preferably directly, such that the back contact structure (7) extends over regions of the base doped semiconductor substrate and in these regions at least due to the intervening insulating layer (6) electrical insulation between back contact structure (7) and semiconductor substrate (1) is formed and
- die Basiskontaktstruktur (8, 8') auf die Isolierungsschicht (6), gegebenenfalls auf weitere Zwischenschichten, aufgebracht wird, derart, dass die Basiskontaktstruktur (8, 8') die Isolierungsschicht (6) zumindest Bereichsweise durchdringt, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Basiskontaktstruktur (8, 8') und Halbleitersubstrat (1 ) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, - The base contact structure (8, 8 ') on the insulating layer (6), optionally applied to further intermediate layers, such that the base contact structure (8, 8') penetrates the insulating layer (6) at least in regions, so that an electrically conductive connection between base contact structure (8, 8 ') and semiconductor substrate (1) is produced, characterized,
dass in dem Halbleitersubstrat (1 ) an den Wänden der Ausnehmung (4) die Durchleitungsstruktur (10) abseits des vorderseitigen Emitterbereiches unmittelbar an einen Basisbereich des Basisdotierungstyps angrenzend ausgebildet wird.  in that in the semiconductor substrate (1) on the walls of the recess (4), the passage structure (10) is formed adjacent to the front emitter region directly adjacent to a base region of the base doping type.
7. Verfahren nach Anspruch 6, 7. The method according to claim 6,
dass Verfahrensschritt A nach Verfahrensschritt B und bevorzugt nach Verfahrensschritt C ausgeführt wird.  that method step A is carried out according to method step B and preferably according to method step C.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, 8. The method according to any one of claims 6 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Durchleitungsstruktur (10) unmittelbar an einen oder mehrere Basisbereiche des Basisdotierungstyps angrenzend ausgebildet wird,  the feed-through structure (10) is formed directly adjacent to one or more base regions of the base doping type,
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, 9. The method according to any one of claims 6 to 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass an der Rückseite des Halbleitersubstrates angrenzend an die Ausnehmungen kein sich parallel zur Rückseite erstreckender Emitterbereich (2) ausgebildet wird.  that no emitter region (2) extending parallel to the rear side is formed on the rear side of the semiconductor substrate adjacent to the recesses.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, 10. The method according to any one of claims 6 to 9,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in Verfahrensschritt A die Ausnehmungen mittels eines Lasers, bevorzugt mittels eines Flüssigkeitsstrahl geführten Lasers ausgebildet werden.  in that, in method step A, the recesses are formed by means of a laser, preferably by means of a laser beam guided by a liquid jet.
1 1 .Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und/oder 8 bis 10, 1 1 .Method according to one of claims 6 and / or 8 to 10,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass Verfahrensschritt A vor Verfahrensschritt B und bevorzugt auch vor Verfahrensschritt C ausgeführt wird, so dass in Verfahrensschritt B zumindest geringfügig auch ein Emitter an den Wänden der in Verfahrensschritt A erzeugten Ausnehmungen, gegebenenfalls auch an der Rückseite des Halbleitersubstrates, ausgebildet wird und  that method step A is carried out before method step B and preferably also before method step C, so that in method step B at least slightly an emitter is also formed on the walls of the recesses produced in method step A, optionally also on the rear side of the semiconductor substrate, and
dass in einem Verfahrensschritt X nach Verfahrensschritt B der Emitter an den Wänden der Ausnehmungen sowie gegebenenfalls auch an der Rückseite des Halbleitersubstrates wieder entfernt wird, bevorzugt mittels einer nasschemischen oder plasmabasierten Emitterrückätze. in a method step X according to method step B, the emitter is attached to the walls of the recesses and optionally also to the Back side of the semiconductor substrate is removed again, preferably by means of a wet-chemical or plasma-based emitter residues.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 1 1 , 12. The method according to any one of claims 6 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass Verfahrensschritt B nach Verfahrensschritt C erfolgt,  that process step B takes place after process step C,
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, 13. The method according to any one of claims 6 to 12,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in einem Verfahrensschritt T eine Texturierung zumindest der Vorderseite des Halbleitersubstrates erfolgt, insbesondere, dass Verfahrens- schritt T nach Verfahrensschritt C ausgeführt wird.  in a method step T, texturing of at least the front side of the semiconductor substrate takes place, in particular, that method step T is carried out after method step C.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, 14. The method according to any one of claims 6 to 13,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass für eine Vielzahl von Precursoren bereitgestellt werden, indem an einer Vielzahl von Halbleitersubstraten die Verfahrensschritte B und C, bevorzugt auch Verfahrensschritt T, ausgeführt werden und  that are provided for a multiplicity of precursors by carrying out the method steps B and C, preferably also method step T, on a plurality of semiconductor substrates, and
dass die Precursoren wahlweise ohne Ausbildung von Ausnehmungen zur Herstellung einer konventionellen beidseitig kontaktierten Solarzelle oder mittels Durchführen der Verfahrensschritte A und D zur Ausbildung einer MWT-Solarzelle verwendet werden.  that the precursors are optionally used without the formation of recesses for producing a conventional solar cell contacted on both sides or by carrying out the method steps A and D to form a MWT solar cell.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, 15. The method according to any one of claims 6 to 14,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in Verfahrensschritt D die Durchleitungsstrukturen mittels einer nicht kontaktierenden Metallpaste ausgebildet werden oder dass In Verfahrensschritt D die Durchleitungsstrukturen mittels Metallstiften oder mittels Leitkleber ausgebildet werden.  in method step D, the passage structures are formed by means of a non-contacting metal paste, or in method step D, the passage structures are formed by means of metal pins or by means of conductive adhesive.
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