EP4186104A1 - Verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer solarzelle

Info

Publication number
EP4186104A1
EP4186104A1 EP21763003.7A EP21763003A EP4186104A1 EP 4186104 A1 EP4186104 A1 EP 4186104A1 EP 21763003 A EP21763003 A EP 21763003A EP 4186104 A1 EP4186104 A1 EP 4186104A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
plasma
layer
carried out
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21763003.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Schwabedissen
Matthias Junghänel
Kyung Hun Kim
Fabian Fertig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanwha Q Cells GmbH
Original Assignee
Hanwha Q Cells GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanwha Q Cells GmbH filed Critical Hanwha Q Cells GmbH
Publication of EP4186104A1 publication Critical patent/EP4186104A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32—Carbides
    • C23C16/325—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1872—Recrystallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell.
  • the invention relates to a method for manufacturing a solar cell that includes chemical vapor deposition (CVD).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the invention relates to a method for producing a solar cell, comprising the following steps a) providing a substrate with a front side and a back side in a deposition device, and b) in situ coating of the substrate with two layers, comprising b1) oxidation by exposing the substrate to one oxygen-containing gas and a first plasma to produce an oxide layer or deposit an oxide layer by PECVD and b2) subsequent deposition of a silicon layer or SiC (silicon carbide) layer by exposure to a silicon-containing gas, an optional carbon-containing gas and a second Plasma, wherein step b) is carried out under vacuum in the deposition apparatus and the vacuum is maintained throughout step b).
  • the method is carried out by means of plasma oxidation in step b1) and PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition or plasma-enhanced chemical vapor deposition) in step b2) in a first variant of the method.
  • the plasma oxidation is not a PECVD step because it does not contain any layer-forming gas. Rather, the substrate is oxidized on a surface by the oxygen ions or radicals formed in the plasma penetrating the substrate.
  • the method is carried out exclusively by means of PECVD in steps b1) and b2) in a second variant of the method.
  • step b1) is carried out using the oxygen-containing gas in combination with a layer-forming gas, so that an oxide layer is deposited on the substrate.
  • step b2) is preferably carried out immediately after step b1) and/or preferably in the same deposition device, so that loading and unloading processes and evacuation and ventilation processes between the production of the two layers in step b) are omitted. This further saves time and money.
  • the oxide layer produced in step b1) is preferably thin.
  • the layer thickness is preferably in the range of 1-2 nm, more preferably 1.2-1.5 nm.
  • the layer thickness produced in step b2) can be in the range of 20 to 200 nm, for example.
  • the layer deposited in step b2) can be amorphous.
  • a relatively high concentration of reactive, atomic oxygen or oxygen ions (O ' , O2) is created in step b1), which leads to the formation of an oxide layer on the substrate surface.
  • a thin oxide layer eg silicon oxide layer
  • an oxidizing gas eg CO2, N2O or O2.
  • the oxide layer produced in step b1) can also be formed as a doped or nitrated oxide layer.
  • the oxide layer produced in step b1) can be a layer doped with phosphorus or boron.
  • a phosphorus-containing gas such as phosphine (PH3) or diborane (B2H6) is then used as gas for the doping in step b1).
  • PH3 phosphine
  • B2H6 diborane
  • a PECVD process using SiH4 and N2O can be used to nitride the oxide layer.
  • the oxide layer is preferably a silicon oxide layer.
  • silane can be used as the layer-forming gas.
  • the silicon oxide layer can be produced by oxidizing a silicon substrate.
  • it is preferably an aluminum oxide layer.
  • trimethylaluminum (TMAl) is preferably used as the layer-forming gas and N2O as the oxygen-containing gas or oxidant.
  • step b Due to the similar process temperatures and pressures that are necessary to produce the two layers produced in step b), complex heating and cooling times or evacuation/ventilation processes are also not necessary in the method according to the invention; only the process gases have to be changed between step b1) and step b2).
  • the first plasma and the second plasma can be operated with the same or with different process parameters.
  • Step b) is carried out under vacuum in the deposition device, the vacuum being maintained throughout step b). This means that between steps b1) and b2) no complete ventilation process is carried out, which leads to a normal pressure in the separating device. Between steps b1) and b2) can the pressure in the separating device may change, but the vacuum is not broken. During step b), the pressure in the separating device is preferably kept below, for example, 10 mbar.
  • the back side of the substrate is preferably subjected to steps a) and b).
  • the back can be provided with a tunnel layer and/or surface passivation.
  • the substrate is preferably not moved spatially within the deposition device between steps b1) and b2). This means that the deposition takes place in one and the same process chamber.
  • the process is designed as a batch process.
  • step b) is carried out using a low-pressure plasma with a pressure in the range from 0.1 to 5.0 mbar or 0.1 to 10.0 mbar.
  • a low-pressure plasma process is that the plasma is distributed more evenly in the deposition device, relatively low process gas consumption and the relatively low process temperature.
  • Step b) is preferably carried out using a low-pressure glow discharge (low-pressure plasma) with an excitation frequency in the range from 10 to 500 kHz or 30 to 50 kHz.
  • Low-pressure glow discharge is that the energy for the splitting (dissociation) of the layer-forming or oxidizing molecules is not provided by the external supply of heat, but by accelerated electrons in the plasma, which means that the process can be carried out at significantly lower temperatures (up to a few hundred Kelvin).
  • the plasma is b in the step) is operated pulsed with a duty cycle (engl. "Duty Cycle") of T on / (To ff + T on) ⁇ 10%, wherein T on that time, the plasma during which ignited and T 0ff the time during which the plasma is off. This keeps the deposition rate relatively low in order to absorb process fluctuations. This can also be realized by reducing the plasma peak power.
  • the oxygen containing gas is selected from the group consisting of O 2, a gas mixture of O2 / inert gas, the inert gas is preferably Ar, Ne, Kr or N2 more preferably Ar or N2, an oxygen-containing molecular gas, which preferably N 2 O, CO 2 , NO 2 , NO or CO, a layer-forming gas mixture, the layer-forming gas mixture preferably being SiH 4 / O 2 , SiH 4 / CO 2 , Al(CH 3 ) 3 /N 2 O or AlC 3 H 9 /N 2 O/Ar.
  • the oxygen-containing gas is preferably pure oxygen. This saves process costs due to the absence of other gases.
  • oxygen-containing gases such as N2O or CO2
  • the deposition rate can be reduced and a better homogeneity of the oxide layer can be obtained over the entire substrate surface.
  • the deposition rate can be increased or an oxide layer can be produced which is not an oxidized material of the substrate.
  • the substrate is preferably a silicon substrate.
  • the oxide layer is preferably a silicon oxide or aluminum oxide layer. More preferably, the oxide layer is a silicon oxide layer.
  • the silicon-containing gas and the optional carbon-containing gas are selected from the group consisting of a SiH 4 /H 2 gas mixture, a SiH 4 /H 2 /dopant gas mixture such as a SiH 4 /H 2 /PH 3 gas mixture or a Gas mixture of SiH 4 /H 2 /B 2 H 6 , a gas mixture of SiH 4 /CH 4 , a gas mixture of SiH 4 /CH 4 / doping gas such as SiH 4 /CH 4 /PH 3 or a gas mixture of SiH 4 /CH 4 / B 2 H. 6
  • the layer produced in step b2) can be doped with a dopant.
  • the dopant can be selected from B, In, Ga, Al, P, Sb, As.
  • the dopant B is preferred.
  • the dopant P is more preferred.
  • the doping can also be carried out in a process step separate from step b2).
  • the doped silicon or SiC layer is preferably produced in step b2), ie the layer formation and the doping take place in one step.
  • the silicon or SiC layer produced in step b2) is preferably amorphous or essentially amorphous.
  • the silicon layer is preferably produced in step b2).
  • Step b1) is preferably carried out with a deposition rate of ⁇ 0.2 nm/s or ⁇ 0.1 nm/s.
  • the oxide layer is therefore deposited at a relatively low deposition rate in order to absorb process fluctuations, e.g. during plasma ignition. Glow discharges in O2 (as an electronegative gas) tend to be unstable, e.g. due to constriction and/or filament formation).
  • a relatively high deposition rate >0.1 nm/s can lead to critical layer thickness deviations from the target value, preferably in the range of 1-2 nm, more preferably 1.2 to 1, in the event of process instabilities such as problems with the ignition of a homogeneous plasma and/or arcing 5nm, lead. Even deviations of 0.5 nm from the target value of the layer thickness can lead to a loss of efficiency Ncell of > 1% (abs.). This is unacceptable, especially for mass production.
  • Step b1) is preferably carried out with a duty cycle of ⁇ 5%.
  • Step b1) is preferably carried out at a temperature of ⁇ 500.degree. C. or in the range from 300 to 450.degree.
  • the oxide can be generated at a much lower temperature than a thermal oxide. This avoids long heating-up times.
  • multiple substrates are subjected to steps a) and b) simultaneously.
  • a plurality of substrates are preferably subjected to steps a) and b) simultaneously without the substrates being moved spatially. This also saves time in mass production.
  • the substrates can be n-type or p-type substrates.
  • the substrate is preferably designed as a wafer, more preferably as an n-type wafer.
  • the plurality of substrates are preferably arranged in a boat in which two substrates are arranged opposite each other and have a different polarity.
  • the boat is preferably designed as a wafer boat. This can be a horizontal or vertical boat.
  • the boat has a plurality of support plates arranged parallel to one another for supporting the plurality of substrates during steps a) and b), the support plates being insulated from one another and being alternately connected to terminals of an AC voltage generator.
  • the carrier plates preferably have a suitable holder such as substrate pockets, holding pins or the like to hold the substrates, with individual substrates having to be held at a distance from one another in the holding device in order to ensure that gases flow through all the gaps and the formation as uniformly as possible of a plasma between the substrates to ensure an even coating of the substrates.
  • the holding device therefore has electrically insulating spacers which are arranged between the carrier plates and are designed to space the carrier plates from one another and to electrically insulate them from one another.
  • the substrates are arranged on the support plates in such a way that each two substrates are opposite one another and are electrically insulated from one another and are electrically conductively connected to terminals of an AC voltage generator.
  • the boat is made from a base material selected from the group consisting of graphite, carbon fiber reinforced plastic or carbon fiber reinforced carbon. Carbides, quartz or ceramics can also be used as the base material.
  • the base material is particularly preferably graphite.
  • the base material can be uncoated.
  • the base material can also be provided with a coating, preferably an oxygen-resistant coating, in particular if the base material is graphite.
  • a base material made of graphite has proven particularly useful in practice, especially when coating substrates for the production of semiconductor components such as solar cells.
  • the boat/the wafer holding device is preferably not moved spatially between steps b1) and b2), ie it remains in one and the same tube of the PECVD deposition device. This has the advantage that ventilation and pumping-out times as well as loading and unloading cycles between steps b1) and b2) can be completely eliminated, as can heating-up and cooling-down times.
  • the boat/the wafer holding device is moved spatially between steps b1) and b2) if the two steps take place in two different process chambers that are separated by a vacuum lock.
  • This can be in an inline system, for example, where the process gases have to be fed in separately.
  • the oxide layer produced in step b1) is formed as a tunnel layer or interface oxide layer.
  • the oxide layer produced in step b1) preferably has a small layer thickness, for example in the range of 1-2 nm, preferably 1.2-1.5 nm, as a target value.
  • the layer thickness produced in step b2) can be in the range from 20 to 200 nm, for example.
  • the solar cell is preferably a TopCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) solar cell.
  • the TopCon solar cell is highly efficient and has an outstanding efficiency.
  • the structuring or punctiform contacting of the rear side of the substrate required with cell technologies such as PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) is no longer necessary.
  • the rear-side coating has the layers produced in step b), the silicon or SiC layer produced in step b2) being doped, and a rear-side metallization or metal contact arranged thereon.
  • a further dielectric passivation layer system e.g. made of silicon nitride and/or silicon oxynitride, can also be applied to the rear-side coating, which is then provided with the rear-side metallization.
  • the metal contact on the back can be made using the screen printing process, and the contacting with the optionally doped silicon layer deposited in step b2) is preferably carried out by “firing through” the passivation layer system. Firing through preferably involves the local application of a metal paste that eats through the passivation layer system and exposure of the substrate coated in this way to temperatures >700° C. (for example in a furnace). Alternatively, a local opening of the passivation layer system at many points is also conceivable, e.g. by means of a laser process, in order to contact the rear metal contact or metallization with the doped silicon layer or SiC layer.
  • the method is carried out as a direct plasma method at an excitation frequency between 10 and 500 kHz.
  • a denser coating is generated than with indirect, so-called "remote" plasmas.
  • the plasma burns directly between two substrates to be coated or the electrode and a substrate, while in an indirect plasma or remote plasma process, the plasma burns in a separate chamber.
  • the process pressure is in the range between 0.1 and 10 mbar, preferably in the range between 0.5 and 2 mbar.
  • the process can be carried out as a direct or remote plasma process with a capacitive or inductive plasma as a high-frequency plasma with an excitation frequency in the range of 10 to 100 MHz, for example in a "showerhead" parallel plate configuration with an excitation frequency of preferably 13, 56MHz.
  • the process pressure is in the range between 1e-3 mbar and 10 mbar, preferably in the range between 0.01 and 5 mbar.
  • the wet-chemical treatment of the front and the subsequent doping of the front can be carried out after step b2).
  • the doping of the front side can be carried out simultaneously with the annealing because the doping and the annealing are carried out in the same temperature range.
  • Annealing is further followed by front and back passivation and then front and back metallization.
  • the Si or SiC layer produced in step b2) can be doped in situ in step b2).
  • the silicon or SiC layer produced in step b2) can be doped after step b2) by ex-situ doping of the rear side, for example using POCl.
  • the ex-situ doping of the rear side can be carried out at the same time as the annealing will.
  • the back doping and annealing can be performed in the same or similar temperature range.
  • the wet-chemical treatment preferably includes saw damage etching and texturing.
  • the doping of the front side preferably comprises introducing an emitter into the front side of the substrate, such as introducing a boron emitter in the case of an n-type substrate or introducing a phosphorus emitter in the case of a p-type substrate.
  • the further wet-chemical treatment preferably includes CKI (chemical edge insulation) and BSG (borosilicate glass) or PSG (phosphorus silicate glass) etching.
  • Annealing is preferably a high-temperature treatment in the range from 700 to 1000° C.
  • a polycrystalline silicon or SiC layer is formed from the essentially amorphous silicon or SiC layer produced in step b2). and possibly the dopant from this silicon or SiC layer diffuses into the oxide layer and the region of the substrate near the surface.
  • the optional still further wet-chemical treatment includes a removal of the wrap-around of the polycrystalline silicon or SiC layer on the front side, if this wrap-around is present.
  • the removal of the wraparound on the front side, if present, can also be carried out by means other than wet-chemical methods, e.g. by means of laser ablation of the layer or laser separation.
  • a passivation of the front side preferably comprises the formation of an AlOx and/or SiNx layer on the front side of the substrate.
  • a passivation of the rear side preferably includes formation of a SiNx and/or SiOxNy layer on the rear side of the substrate.
  • the metallization of the front and the back preferably comprises applying silver to the front and back of the substrate by means of screen printing. The metallization can be carried out over the whole or part of the surface, for example as a grid.
  • the separating device is preferably a tube furnace.
  • the tube furnace is arranged as a heatable tube of a PECVD system and has the appropriate connections required for the process gases to be introduced and for evacuation or ventilation, as well as electrical feedthroughs from the plasma generator to the boat to ignite the plasma.
  • the use of the tube furnace also has the advantage that there is relatively little parasitic deposition of Si or SiC layers on a chamber wall of the tube furnace, so that the chamber wall can be cleaned of the amorphous Si or SiC layers by means of plasma etching, for example by means of NF3/ Ar plasmas is not required or only at relatively long intervals.
  • 1a to 1c each show a step of a method according to the invention, with the deposition device and the substrate being shown in cross section;
  • Figure 2 is a cross-sectional view of a variant of the step shown in Figure 1a;
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a solar cell which is produced by means of a further method according to the invention
  • FIG. 4 shows a flowchart of the method by which the solar cell shown in FIG. 3 is produced.
  • 1a to 1c each show a step of a method according to the invention, the deposition device and the substrate being shown in cross section.
  • FIG. 1a shows a step a) providing a substrate 2 with a front side 21 and a back side 22 in a deposition device 1.
  • FIG. The substrate is, for example, a silicon substrate.
  • 1b shows a step b1) following step a), oxidation by exposing the substrate to an oxygen-containing gas and a first plasma to produce an oxide layer 3. If in step b1) only the oxygen-containing gas is supplied as the process gas , it will Silicon substrate oxidized on its back 22 to form a silicon oxide layer as the oxide layer 3 .
  • the substrate can contain one or more other gases in addition to the oxygen-containing gas.
  • the other gas can be an inert gas.
  • the additional gas can also be an aluminum-containing gas, for example, so that an aluminum oxide layer is formed as the oxide layer 3 on the rear side 22 of the substrate 2 .
  • step b2) shows a step b2) following step b1) and subsequent deposition of a silicon layer 4 or SiC layer on the oxide layer 3 located on the rear side 22 by means of exposure to a silicon-containing gas, an optional carbon-containing gas and a second plasma.
  • Steps b1) and b2) belong to a step b), in which an in situ coating of the substrate 2 with the two layers 3 and 4 is carried out.
  • Step b) is carried out under vacuum in the deposition device 1, the vacuum being maintained continuously during step b) and the substrate 2 not being spatially moved.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of a variant of the step shown in Figure 1a.
  • a plurality of substrates 2 are provided in a boat 5 in the deposition device 1 .
  • the substrates 2 provided in the boat 5, arranged in this way, are then also subjected to the steps shown in FIGS. 1b and 1c, which is not shown here.
  • Two substrates 2 are arranged opposite each other in the boat 5 and have a different polarity.
  • the boat 5 has a plurality of support plates 51 arranged parallel to one another for supporting the plurality of substrates 2 during steps a) and b), the support plates 51 being insulated from one another and being alternately connected to terminals of an AC voltage generator (
  • the support plates 51 have a suitable holder (not shown) such as substrate pockets, retaining pins or the like. To the substrates 2 to hold, wherein the individual substrates 2 are held in the holding device at a distance from one another, so that gases can flow through all the gaps as uniformly as possible in step b) and the formation of a plasma between the substrates 2 to ensure a uniform coating of the substrates 2 is made possible.
  • a suitable holder such as substrate pockets, retaining pins or the like.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a solar cell that is produced by means of a further method according to the invention.
  • the solar cell has a substrate 2 with a front side 21 and a back side 22 .
  • the substrate 2 is provided with a doping layer 6 such as a boron emitter or phosphorus emitter.
  • a front side passivation layer 7 which can be formed in one or more layers.
  • the front-side passivation layer 7 has, for example, a layer made of AlOx and a layer made of SiNx.
  • a front-side metallization 10 is arranged on a side of the front-side passivation layer 7 that faces away from the substrate 2 .
  • the rear side 22 of the substrate 2 is provided with the following layer stack.
  • An oxide layer 3 is arranged on the rear side 22, and a silicon or SiC layer 4 is arranged on the side facing away from the substrate.
  • the rear-side passivation layer 8 has, for example, a layer of SiNx and a layer of SiNxOy.
  • a rear-side metallization 9 is arranged on a side of the rear-side passivation layer 8 facing away from the substrate 2 .
  • the solar cell is a TOPCon solar cell in which the oxide layer 3 is designed as a tunnel layer.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method by which the solar cell shown in FIG. 3 is produced.
  • a substrate with a front side and a back side undergoes a wet chemical treatment 30 for example subjected to saw damage etching and texturing.
  • the front side of the substrate is doped 31, for example to form a boron or phosphorus emitter.
  • the substrate is subjected to a further wet-chemical treatment 32 such as CKI and BSG or PSG etching.
  • a step a) 33 following the wet-chemical treatment 32 the substrate is provided in a deposition device.
  • step b) 34 following step a) 33, first an oxide layer and then a silicon or SiC layer are deposited on the rear side of the substrate, with the formation of these layers by means of in situ coating in the deposition device vacuum is carried out, the vacuum being maintained throughout step b) 34 and the substrate not being spatially moved.
  • a step following step 34 comprises an annealing 35 in which a high-temperature treatment in the range from a temperature of 700 to 1000° C. is carried out, so that the essentially silicon or SiC layer produced in step b) 34 is formed a polycrystalline silicon or SiC layer is produced and any dopants (eg phosphorus or boron) in the silicon or SiC layer diffuse through the oxide layer into the substrate.
  • a step following the annealing 35 has a further wet-chemical treatment 36 of the front side, in which any wrap-around of the polycrystalline silicon (carbide) layer on the front side is removed. The further wet-chemical treatment 36 is followed by a passivation 37 of the front and the back and then a metallization 38 of the front and the back.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Substrats (2) mit einer Vorderseite (21) und einer Rückseite (22) in einer Abscheidevorrichtung (1), und b) in situ Beschichtung des Substrats (2) mit zwei Schichten, aufweisend b1) Oxidation mittels Aussetzens des Substrats zu einem sauerstoffhaltigen Gas und einem ersten Plasma zur Erzeugung einer Oxid-Schicht (3) und b2) anschließende Abscheidung einer Silizium-Schicht (4) oder SiC-Schicht mittels Aussetzens zu einem siliziumhaltigen Gas, einem optionalen kohlenstoffhaltigen Gas und einem zweiten Plasma, wobei der Schritt b) unter Vakuum in der Abscheidevorrichtung (1) durchführt wird und das Vakuum durchgehend während des Schritts b) aufrechterhalten wird.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, welches eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD) aufweist.
Ein solches Verfahren ist in der US 10,243,090 B2 beschrieben, in dem auf einem Substrat eine Tunnelschicht in Form eines Oxids und anschließend eine dotierte Halbleiterschicht mittels LPCVD (Low Pressure Chemical Deposition bzw. Niederdruck-CVD) abgeschieden wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist eine niedrige Abscheiderate der dotierten Halbleiterschicht, was zu einem Durchsatzverlust und einem Anstieg von Prozesskosten führt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu Herstellung einer Solarzelle bereitzustellen, das kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen erläutert.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Substrats mit einer Vorderseite und einer Rückseite in einer Abscheidevorrichtung, und b) in situ Beschichtung des Substrats mit zwei Schichten, aufweisend b1 ) Oxidation mittels Aussetzens des Substrats zu einem sauerstoffhaltigen Gas und einem ersten Plasma zur Erzeugung einer Oxid-Schicht oder Abscheidung einer Oxid-Schicht mittels PECVD und b2) anschließende Abscheidung einer Silizium-Schicht oder SiC (Siliziumcarbid)-Schicht mittels Aussetzens zu einem siliziumhaltigen Gas, einem optionalen kohlenstoffhaltigen Gas und einem zweiten Plasma, wobei der Schritt b) unter Vakuum in der Abscheidevorrichtung durchführt wird und das Vakuum durchgehend während des Schritts b) aufrechterhalten wird.
Das Verfahren wird mittels Plasma-Oxidation in dem Schritt b1 ) und PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition bzw. Plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) in dem Schritt b2) in einer ersten Verfahrensvariante durchgeführt. Die Plasma-Oxidation ist in der ersten Verfahrensvariante kein PECVD-Schritt, weil sie kein schichtbildendes Gas beinhaltet. Vielmehr wird das Substrat an einer Oberfläche oxidiert, indem die im Plasma gebildeten Sauerstoff- Ionen oder Radikale in das Substrat eindringen. Alternativ wird das Verfahren ausschließlich mittels PECVD in den Schritten b1 ) und b2) in einer zweiten Verfahrensvariante durchgeführt. In der zweiten Verfahrensvariante wird der Schritt b1 ) unter Verwendung des sauerstoffhaltigen Gases in Kombination mit einem schichtbildenden Gas durchgeführt, so dass eine Oxid-Schicht auf dem Substrat abgeschieden wird. Bei den beiden vorstehenden Verfahrensvarianten wird der Schritt b2) vorzugsweise unmittelbar nach dem Schritt b1 ) und/oder vorzugsweise in derselben Abscheidevorrichtung durchgeführt, so dass Be- und Entladungsvorgänge und Evakuierungs- und Belüftungsvorgänge zwischen der Erzeugung der zwei Schichten in dem Schritt b) entfallen. Dadurch werden weiterhin Zeit und Kosten eingespart. Bevorzugt wird die Oxid-Schicht in dem Schritt b1 ) erzeugte-Oxid-Schicht dünn ausgebildet. Die Schichtdicke liegt bevorzugt im Bereich von 1 -2 nm, bevorzugter 1 ,2-1 , 5 nm. Die in dem Schritt b2) erzeugte Schichtdicke kann beispielsweise im Bereich von 20 bis 200 nm liegen. Die in dem Schritt b2) abgeschiedene Schicht kann amorph sein.
Mittels Niederdruckplasma in einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch entsteht in dem Schritt b1 ) eine relativ hohe Konzentration an reaktivem, atomarem Sauerstoff oder an Sauerstoff- Ionen (O', O2 ), die zur Bildung einer Oxid Schicht auf der Substrat-Oberfläche führt. Alternativ kann mittels PECVD unter Verwendung eines schichtbildenden Gases (z.B. Silan = SihU) und eines oxidierenden Gases (z.B. CO2, N2O oder O2) eine dünne Oxid-Schicht (z.B. Siliziumoxid-Schicht) abgeschieden werden. Neben einer „reinen“ Oxid-Schicht, die keine oder im Bereich von Fehlertoleranzen Fremdatome enthält, kann die in Schritt b1) erzeugte Oxid- Schicht ferner als dotierte oder nitrierte Oxid-Schicht ausgebildet werden. Z.B. kann die in dem Schritt b1 ) erzeugte Oxid-Schicht eine mit Phosphor oder Bor dotierte Schicht sein. Für die Dotierung wird dann in dem Schritt b1 ) neben dem sauerstoffhaltigen Gas-(Gemisch) und ggf. schichtbildendem Gas zusätzlich ein phosphorhaltiges Gas wie z.B. Phosphin (PH3) oder Diboran (B2H6) als Gas verwendet. Für die Nitrierung der Oxid-Schicht kann ein PECVD Verfahren unter Verwendung von SiH4 und N20 eingesetzt werden.
Bevorzugt ist die Oxid-Schicht eine Siliziumoxid-Schicht. Als schichtbildendes Gas kann in diesem Fall Silan eingesetzt werden. Die Siliziumoxid-Schicht kann alternativ durch Oxidation eines Silizium-Substrats erzeugt werden. Alternativ bevorzugt ist sie eine Aluminiumoxid-Schicht. In diesem Fall wird bevorzugt als schichtbildendes Gas Trimethylaluminium (TMAl) verwendet und als sauerstoffhaltiges Gas bzw. Oxidant N2O.
Aufgrund der ähnlichen Prozesstemperaturen und -drücke, die zur Erzeugung der beiden in dem Schritt b) erzeugten Schichten notwendig sind, sind ferner aufwendige Aufheiz- und Abkühlzeiten oder Evakuierungs-/Belüftungsprozesse in dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich; lediglich die Prozessgase müssen zwischen dem Schritt b1) und dem Schritt b2) gewechselt werden.
Das erste Plasma und das zweite Plasma können mit den gleichen oder mit unterschiedlichen Prozessparametern betrieben werden.
Der Schritt b) wird unter Vakuum in der Abscheidevorrichtung durchführt, wobei das Vakuum durchgehend während des Schritts b) aufrechterhalten wird. Darunter ist zu verstehen, dass zwischen den Schritten b1 ) und b2) kein vollständiger Belüftungsvorgang durchgeführt wird, der zu einem Normaldruck in der Abscheidevorrichtung führt. Zwischen den Schritten b1) und b2) kann sich der Druck in der Abscheidevorrichtung aber ändern, aber das Vakuum wird nicht unterbrochen. Bevorzugt wird während des Schritts b) der Druck in der Abscheidevorrichtung unter z.B. 10 mbar gehalten.
Bevorzugt wird die Rückseite des Substrats den Schritten a) und b) unterzogen. Dadurch kann die Rückseite mit einer Tunnelschicht und/oder einer Oberflächenpassivierung versehen werden.
Bevorzugt wird das Substrat zwischen den Schritten b1) und b2) innerhalb der Abscheidevorrichtung räumlich nicht bewegt. D.h. die Abscheidung findet in ein- und derselben Prozesskammer statt. Das Verfahren ist als Batch Verfahren ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt b) mit einem Niederdruckplasma mit einem Druck im Bereich von 0,1 bis 5,0 mbar oder 0,1 bis 10,0 mbar durchgeführt. Vorteil eines Niederdruckplasma-Verfahrens ist, dass das Plasma in der Abscheidevorrichtung gleichmäßiger verteilt wird, ein relativ niedriger Prozessgasverbrauch und die relativ niedrige P rozesstem pe ratu r .
Bevorzugt wird der Schritt b) mit einer Niederdruckglimmentladung (Niederdruckplasma) mit einer Anregungsfrequenz im Bereich von 10 bis 500 kHz oder 30 bis 50 kHz durchgeführt. Ein Vorteil der
Niederdruckglimmentladung ist, dass die Energie zur Aufspaltung (Dissoziation) der schichtbildenden bzw. der oxidierenden Moleküle nicht durch die externe Zufuhr von Wärme erfolgt, sondern durch beschleunigte Elektronen im Plasma, wodurch der Prozess bei deutlich niedrigeren Temperaturen (bis zu einigen hundert Kelvin) durchgeführt werden kann als ein LPCVD Verfahren oder ein thermisches Oxid.
Das Durchführen des Verfahrens unter Niederdruckplasma oder Niederdruckglimmentladung resultiert in einem nichtthermischen Verfahren, d.h. die Gastemperatur ist deutlich geringer als die Temperatur der Elektronen.
Bevorzugt wird in dem Schritt b) das Plasma gepulst betrieben, mit einem Arbeitszyklus (engl. „Duty Cycle“) von Ton / (Toff + Ton)< 10 %, wobei Ton diejenige Zeit ist, währenddessen das Plasma gezündet ist und T0ff diejenige Zeit, währenddessen das Plasma aus ist. Dadurch wird die Abscheiderate relativ gering gehalten, um Prozessschwankungen abzufangen. Dies kann auch durch Reduzierung der Plasma- Peak Leistung realisiert werden. Bevorzugterweise wird in dem Schritt b) das Plasma im Bereich von Ton = 1 bis 10 ms bzw. Toff = 10 bis 100 ms gepulst. Dadurch werden die Schichten in dem Schritt b) in zufrieden stellender Weise erzeugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das sauerstoffhaltige Gas ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus O2, einem Gasgemisch aus O2/ Inertgas, wobei das Inertgas bevorzugt Ar, Ne, Kr oder N2 besonders bevorzugt Ar oder N2 ist, einem sauerstoffhaltigen molekularen Gas, das bevorzugt N2O, CO2, NO2, NO oder CO ist, einem schichtbildenden Gasgemisch, wobei das schichtbildende Gasgemisch bevorzugt SiH4/O2, SiH4/CO2, Al(CH3)3/N2O oder AlC3H9/N2O/Ar ist.
Bevorzugt ist das sauerstoffhaltige Gas reiner Sauerstoff. Dadurch werden Prozesskosten aufgrund dem Nichtvorhandensein weiterer Gase eingespart. Bei der Verwendung der molekularen, sauerstoffhaltigen Gase wie N2O oder CO2 kann die Abscheiderate verringert werden und so eine bessere Homogenität der Oxid-Schicht über der gesamten Substratoberfläche erhalten werden. Bei Verwendung der schichtbildenden Gasgemische kann die Abscheiderate gesteigert werden oder es kann eine Oxid-Schicht erzeugt werden, bei der es sich nicht um ein oxidiertes Material des Substrats handelt. Bevorzugt ist das Substrat ein Silizium-Substrat. Die Oxid-Schicht ist bevorzugt eine Siliziumoxid- oder Aluminiumoxid-Schicht. Bevorzugter ist die Oxid-Schicht eine Siliziumoxid- Schicht.
Bevorzugt sind das siliziumhaltige Gas und das optionale kohlenstoffhaltige Gas ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Gasgemisch aus SiH4/H2, einem Gasgemisch aus SiH4/H2/ Dotiergas wie einem Gasgemisch aus SiH4/H2/PH3 oder einem Gasgemisch aus SiH4/H2/B2H6, einem Gasgemisch aus SiH4/CH4, einem Gasgemisch aus SiH4/CH4/ Dotiergas wie beispielsweise SiH4/CH4/PH3 oder einem Gasgemisch aus SiH4/CH4/B2H6. Die in dem Schritt b2) erzeugte Schicht kann mit einem Dotierstoff d.h. dotiert sein. Der Dotierstoff kann ausgewählt sein aus B, In, Ga, Al, P, Sb, As. Bevorzugt ist der Dotierstoff B. Bevorzugter ist der Dotierstoff P. Die Dotierung kann auch in einem zu dem Schritt b2) separaten Prozessschritt durchgeführt werden. Bevorzugt wird aber die dotierte Silizium- oder SiC-Schicht in dem Schritt b2) erzeugt, d.h. die Schichtbildung und die Dotierung erfolgt in einem Schritt. Bevorzugt ist die in dem Schritt b2) erzeugte Silizium- oder SiC-Schicht amorph oder im Wesentlichen amorph. Bevorzugt wird in dem Schritt b2) die Silizium-Schicht erzeugt.
Bevorzugt wird der Schritt b1 ) mit einer Abscheiderate von <0,2 nm/s oder <0,1 nm/s durchgeführt. Die Abscheidung der Oxid-Schicht erfolgt somit mit einer relativ geringen Abscheiderate, um Prozessschwankungen z.B. bei der Plasmazündung abzufangen. Glimmentladungen in O2 (als elektronegatives Gas) neigen zur Instabilität z.B. durch Einschnürung und/oder Filamentbildung).
Eine relativ hohe Abscheiderate > 0,1 nm/s kann bei Prozessinstabilitäten wie Probleme bei der Zündung eines homogenen Plasmas und/oder Lichtbogenbildung (Arcing) zu kritischen Schichtdickenabweichungen vom Sollwert bevorzugt im Bereich von 1 -2 nm, bevorzugter 1 ,2 bis 1 ,5nm, führen. Schon Abweichungen von 0,5 nm von dem Sollwert der Schichtdicke kann zu einem Verlust des Wirkungsgrads Ncell von > 1% (abs.) führen. Dies ist insbesondere für die Massenfertigung unakzeptabel. Bevorzugt wird der Schritt b1 ) mit einem Arbeitszyklus <5% durchgeführt. Bevorzugt wird der Schritt b1 ) bei einer Temperatur < 500°C oder im Bereich von 300 bis 450° C durchgeführt. Das Oxid kann bei einer wesentlich geringeren Temperatur erzeugt werden als ein thermisches Oxid. Dadurch werden lange Aufheizzeiten vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden mehrere Substrate den Schritten a) und b) gleichzeitig unterzogen. Bevorzugt werden mehrere Substrate den Schritten a) und b) gleichzeitig unterzogen ohne dass die Substrate räumlich bewegt werden. Dadurch wird weiterhin Zeit in der Massenfertigung eingespart. Die Substrate können n-Typ oder p-Typ Substrate sein. Bevorzugt ist das Substrat als Wafer, bevorzugter als n-Typ Wafer ausgebildet.
Bevorzugt sind die mehreren Substrate in einem Boot angeordnet, in dem jeweils zwei Substrate gegenüberliegend angeordnet sind und eine unterschiedliche Polarität aufweisen. Das Boot ist bevorzugt als Waferboot ausgebildet. Dabei kann es sich um ein Horizontal- oder Vertikalboot handeln. Das Boot weist mehrere parallel zueinander angeordnete Trägerplatten zum Tragen der mehreren Substrate während der Schritte a) und b) auf, wobei die Trägerplatten gegeneinander isoliert wechselweise mit Anschlüssen eines Wechselspannungsgenerators verbunden sind. Die Trägerplatten weisen bevorzugt eine geeignete Halterung wie beispielsweise Substrattaschen, Haltestifte oder dgl. auf, um die Substrate zu halten, wobei einzelne Substrate in der Haltevorrichtung in einem Abstand zueinander gehalten werden müssen, um ein möglichst gleichmäßiges Durchströmen von Gasen durch sämtliche Zwischenräume und die Ausbildung eines Plasmas zwischen den Substraten zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Beschichtung der Substrate zu ermöglichen. Zwischen benachbarten Trägerplatten darf es zudem keine leitende Verbindung geben, damit keine Verlustleistung auftritt und die für das Zünden des Plasmas benötigte Wechselspannung angelegt werden kann. Die Haltevorrichtung weist daher elektrisch isolierende Abstandshalter auf, die zwischen den Trägerplatten angeordnet sind und ausgebildet sind, die Trägerplatten voneinander zu beabstanden und elektrisch voneinander zu isolieren. Die Substrate werden auf den Trägerplatten derart angeordnet, dass sich jeweils zwei Substrate gegeneinander elektrisch isoliert gegenüberliegen und elektrisch leitend mit Anschlüssen eines Wechselspannungsgenerators verbunden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Boot aus einem Grundmaterial ausgebildet, das ausgewählt ist aus der Gruppe aus Graphit, carbonfaserverstärktem Kunststoff oder carbonfaserverstärktem Kohlenstoff. Weiterhin kommen Carbide, Quarz oder Keramik als Grundmaterial in Betracht. Besonders bevorzugt ist das Grundmaterial Graphit. Das Grundmaterial kann unbeschichtet sein. Das Grundmaterial kann aber auch mit einer Beschichtung bevorzugt einer Sauerstoff- resistenten Beschichtung versehen sein, insbesondere wenn das Grundmaterial Graphit ist. Ein Grundmaterial aus Graphit hat sich in der Praxis insbesondere bei der Beschichtung von Substraten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Solarzellen besonders bewährt.
Bevorzugt wird das Boot / die Waferhaltevorrichtung zwischen den Schritten b1) und b2) räumlich nicht bewegt, bleibt also in ein- und demselben Rohr der PECVD Abscheidevorrichtung stehen. Dies hat den Vorteil, dass Belüftungs- und Abpumpzeiten sowie Be- und Entladezyklen zwischen den Schritten b1) und b2) komplett, sowie Aufheiz- und Abkühlzeiten weitgehend entfallen können.
Es ist aber auch denkbar, dass das Boot / die Waferhaltevorrichtung zwischen den Schritten b1) und b2) räumlich bewegt wird, wenn die beiden Schritte in zwei verschiedenen Prozesskammern stattfinden, die durch eine Vakuumschleuse getrennt sind. Dies kann z.B. in einer Inline Anlage sein, wo die Prozessgase räumlich getrennt zugeführt werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die in dem Schritt b1) erzeugte Oxid-Schicht als Tunnelschicht oder Interface Oxidschicht ausgebildet. Die in dem Schritt b1) erzeugte-Oxid-Schicht weist bevorzugt eine geringe Schichtdicke auf, die beispielsweise im Bereich von 1-2 nm, bevorzugt 1,2-1, 5 nm, als Sollwert liegt. Die in dem Schritt b2) erzeugte Schichtdicke kann beispielsweise im Bereich von 20 bis 200 nm liegen.
Bevorzugt ist die Solarzelle eine TopCon (Tunnel-Oxide-Passivated-Contact-)- Solarzelle. Die TopCon-Solarzelle ist hocheffizient und weist einen herausragenden Wirkungsgrad auf. Zudem entfällt die bei Zell-Technologien wie PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) erforderliche Strukturierung beziehungsweise punktförmige Kontaktierung der Rückseite des Substrats. Die Rückseitenbeschichtung weist die in dem Schritt b) erzeugten Schichten, wobei die in dem Schritt b2) erzeugte Silizium- oder SiC-Schicht dotiert ist, und eine darauf angeordnete rückseitige Metallisierung bzw. Metallkontakt auf. Auf der Rückseitenbeschichtung kann ferner ein weiteres dielektrisches Passivierschichtsystem, z.B. aus Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxynitrid aufgebracht werden, das dann mit der rückseitigen Metallisierung versehen wird. Der rückseitige Metallkontakt kann im Siebdruckverfahren ausgeführt werden, die Kontaktierung mit der im Schritt b2) abgeschiedenen ggf. dotierten Siliziumschicht erfolgt bevorzugt durch „Durchfeuern“ der des Passivierschichtsystems. Das Durchfeuern weist bevorzugt das lokale Aufbringen einer sich durch das Passivierschichtsystem durchfressenden Metallpaste und Aussetzen des so beschichteten Substrats bei Temperaturen > 700° C (beispielsweise in einem Feuerofen) auf. Alternativ denkbar ist auch eine lokale Öffnung des Passivierschichtsystems an vielen Stellen, z.B. mittels Laserverfahren, um den rückseitigen Metallkontakt bzw. Metallisierung mit der dotierten Siliziumschicht bzw. SiC-Schicht zu kontaktieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren als Direkt- Plasmaverfahren bei einer Anregungsfrequenz zwischen 10 und 500 kHz durchgeführt. Auf diese Weise wird eine dichtere Beschichtung erzeugt als mit indirekten, so gennannten „Remote“ Plasmen. Bei dem Direkt- Plasmaverfahren brennt das Plasma direkt zwischen zwei zu beschichtenden Substraten oder der Elektrode und einem Substrat, während bei einem indirekten Plasma bzw. Remoteplasmaverfahren das Plasma in einer getrennten Kammer brennt. Der Prozessdruck liegt im Bereich zwischen 0,1 und 10 mbar, bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 und 2 mbar.
Alternativ kann das Verfahren als direktes oder Remote- Plasmaverfahren mit einem kapazitiven oder induktiven Plasma als Hochfrequenz-Plasma mit einer Anregungsfrequenz im Bereich von 10 bis 100 MHz durchgeführt werden, zum Beispiel in einer „Showerhead“ Parallelplatten-Konfiguration bei einer Anregungsfrequenz von bevorzugt 13,56 MHz. Bei diesen Plasmaverfahren liegt der Prozessdruck im Bereich zwischen 1e-3 mbar und 10 mbar, bevorzugt im Bereich zwischen 0,01 und 5 mbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden vor dem Schritt a) mit dem Substrat zuerst eine nasschemische Behandlung, dann eine Dotierung der Vorderseite und anschließend eine weitere nasschemische Behandlung durchgeführt und nach dem Schritt b) mit dem Substrat ein Annealen (=Tempern), dann optional eine noch weitere nasschemische Behandlung der Vorderseite, anschließend eine Passivierung der Vorderseite und der Rückseite und dann eine Metallisierung der Vorderseite und der Rückseite durchgeführt.
Alternativ können die nasschemische Behandlung der Vorderseite und die anschließende Dotierung der Vorderseite nach dem Schritt b2) durchgeführt werden. Die Dotierung der Vorderseite kann in diesem Fall gleichzeitig mit dem Annealen durchgeführt werden, weil die Dotierung und das Annealen in einem gleichen Temperaturbereich durchgeführt werden. An das Annealen schließen sich weiterhin die Passivierung der Vorderseite und der Rückseite und dann die Metallisierung der Vorderseite und der Rückseite an.
Die in dem Schritt b2) erzeugte Si- bzw. SiC-Schicht kann in dem Schritt b2) in- situ dotiert werden. Alternativ kann die in dem Schritt b2) erzeugte Silizium- bzw. SiC-Schicht nach dem Schritt b2) mittels einer ex-situ Dotierung der Rückseite beispielsweise unter Verwendung von POCl dotiert werden. Die ex- situ Dotierung der Rückseite kann gleichzeitig mit dem Annealen durchgeführt werden. Die rückseitige Dotierung und das Annealen können in einem gleichen oder ähnlichem Temperaturbereich durchgeführt werden.
Die nasschemische Behandlung umfasst bevorzugt eine Sägeschaden-Ätzung und eine Texturierung. Die Dotierung der Vorderseite umfasst bevorzugt ein Einbringen eines Emitters in die Vorderseite des Substrats wie ein Einbringen eines Bor-Emitters bei einem n-Typ Substrat bzw. die Einbringung eines Phosphor-Emitters bei einem p-Typ Substrat. Die weitere nasschemische Behandlung umfasst bevorzugt eine CKI (Chemische Kanten-Isolation)- und BSG (Borsilikatglas)- bzw. PSG (Phosphorsilikatglas)- Ätze. Das Annealen stellt bevorzugt eine Hochtemperaturbehandlung im Bereich von einer Temperatur von 700 bis 1000°C dar. Bei dieser Hochtemperaturbehandlung wird aus der in dem Schritt b2) erzeugten im wesentlichen amorphen Silizium- oder SiC- Schicht eine polykristalline Silizium- bzw. SiC-Schicht ausgebildet sowie ggf. der Dotant aus dieser Silizium- bzw. SiC-Schicht in die Oxid-Schicht und den oberflächennahen Bereich des Substrats eindiffundiert.
Die optionale noch weitere nasschemische Behandlung umfasst eine Entfernung des Umgriffs der polykristallinen Silizium- oder SiC-Schicht auf der Vorderseite, sofern dieser Umgriff vorhanden ist. Die Entfernung des Umgriffs auf der Vorderseite, sofern vorhanden, kann auch anders als nasschemisch erfolgen, z.B. mittels Laserablation der Schicht oder Lasertrennung. Eine Passivierung der Vorderseite umfasst bevorzugt die Bildung einer AlOx- und/oder SiNx- Schicht auf der Vorderseite des Substrats. Eine Passivierung der Rückseite umfasst bevorzugt eine Bildung einer SiNx- und/oder SiOxNy-Schicht auf der Rückseite des Substrats. Die Metallisierung der Vorderseite und der Rückseite umfasst bevorzugt ein Aufbringen von Silber auf die Vorderseite bzw. Rückseite des Substrats mittels Siebdruck. Die Metallisierung kann voll- oder teilflächig beispielsweise als Gitter durchgeführt werden.
Bevorzugt ist die Abscheidevorrichtung ein Rohrofen. Der Rohrofen ist im Prinzip als beheizbares Rohr einer PECVD Anlage angeordnet und weist entsprechende benötigte Anschlüsse für die für das Verfahren benötigten einzuleitenden Gase und zum Evakuieren bzw. Belüften auf sowie elektrische Durchführungen vom Plasmagenerator zum Boot zum Zünden des Plasmas. Die Verwendung des Rohrofens weist zudem den Vorteil auf, dass relativ wenig parasitäre Abscheidung von Si- oder SiC-Schichten an einer Kammerwand des Rohrofens erfolgt, so dass eine Reinigung der Kammerwand von den amorphen Si- oder SiC-Schichten mittels Plasmaätzen z.B. mittels NF3/Ar Plasmen nicht oder nur in relativ großen Zeitabständen erforderlich ist.
Nachfolgend wird die Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstabsgerecht:
Fig. 1a bis 1c jeweils einen Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Abscheidevorrichtung und das Substrat im Querschnitt gezeigt sind;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Variante des in Fig. 1a gezeigten Schritts;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Solarzelle, die mittels eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist; und Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, mittels dem die in Fig. 3 gezeigte Solarzelle hergestellt ist.
Fig. 1a bis 1c zeigen jeweils einen Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Abscheidevorrichtung und das Substrat im Querschnitt gezeigt sind.
In Fig. 1a ist ein Schritt a) Bereitstellen eines Substrats 2 mit einer Vorderseite 21 und einer Rückseite 22 in einer Abscheidevorrichtung 1 gezeigt. Das Substrat ist ein beispielhaft ein Silizium-Substrat. Fig. 1b zeigt einen sich an den Schritt a) anschließenden Schritt b1 ) Oxidation mittels Aussetzens des Substrats zu einem sauerstoffhaltigen Gas und einem ersten Plasma zur Erzeugung einer Oxid-Schicht 3. Wenn in dem Schritt b1 ) ausschließlich das sauerstoffhaltige Gas als Prozessgas zugeführt wird, wird das Silizium-Substrat auf seiner Rückseite 22 unter Bildung einer Siliziumoxidschicht als Oxid-Schicht 3 oxidiert. In dem Schritt b1 ) kann das Substrat neben dem sauerstoffhaltigen Gas einem oder mehreren weiteren Gasen. Das weitere Gas kann ein Inertgas sein. Das weitere Gas kann auch beispielsweise ein aluminiumhaltiges Gas sein, so dass eine Aluminiumoxid- Schicht als Oxid-Schicht 3 auf der Rückseite 22 des Substrats 2 gebildet wird.
Fig. 1c zeigt einen sich an den Schritt b1) anschließenden Schritt b2) anschließende Abscheidung einer Silizium-Schicht 4 oder SiC-Schicht auf der sich auf der Rückseite 22 befindenden Oxid-Schicht 3 mittels Aussetzens zu einem siliziumhaltigen Gas, einem optionalen kohlenstoffhaltigen Gas und einem zweiten Plasma.
Die Schritt b1) und b2) gehören zu einem Schritt b), bei dem eine in situ Beschichtung des Substrats 2 mit den zwei Schichten 3 und 4 durchgeführt wird. Der Schritt b) wird unter Vakuum in der Abscheidevorrichtung 1 durchführt, wobei das Vakuum durchgehend während des Schritts b) aufrechterhalten wird und das Substrat 2 räumlich nicht bewegt wird. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Variante des in Fig. 1a gezeigten Schritts. In der Abscheidevorrichtung 1 werden mehrere Substrate 2 in einem Boot 5 bereitgestellt. Die in dem Boot 5 bereitgestellten Substrate 2 werden derart angeordnet anschließend auch den in den Fig. 1b und 1c gezeigten Schritten unterzogen, was hier nicht gezeigt ist. In dem Boot 5 sind jeweils zwei Substrate 2 gegenüberliegend angeordnet und weisen eine unterschiedliche Polarität auf. Das Boot 5 weist mehrere parallel zueinander angeordnete Trägerplatten 51 zum Tragen der mehreren Substrate 2 während der Schritte a) und b) auf, wobei die Trägerplatten 51 gegeneinander isoliert wechselweise mit Anschlüssen eines Wechselspannungsgenerators (nicht gezeigt) verbunden sind.
Die Trägerplatten 51 weisen eine geeignete Halterung (nicht gezeigt) wie beispielsweise Substrattaschen, Haltestifte oder dgl. auf, um die Substrate 2 zu halten, wobei die einzelnen Substrate 2 in der Haltevorrichtung in einem Abstand zueinander gehalten sind, so dass ein möglichst gleichmäßiges Durchströmen von Gasen in dem Schritt b) durch sämtliche Zwischenräume und die Ausbildung eines Plasmas zwischen den Substraten 2 zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Beschichtung der Substrate 2 ermöglicht wird.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Solarzelle, die mittels eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Die Solarzelle weist ein Substrat 2 mit einer Vorderseite 21 und einer Rückseite 22 auf. Auf der Vorderseite 21 ist das Substrat 2 mit einer Dotierschicht 6 wie einem Bor- Emitter oder Phosphor-Emitter versehen. Auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Dotierschicht 6 ist weiterhin eine Vorderseiten - Passivierschicht 7, die ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Die Vorderseiten -Passivierschicht 7 weist beispielsweise eine Lage aus AlOx und eine Lage aus SiNx auf. Auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Vorderseiten -Passivierschicht 7 ist weiterhin eine Vorderseiten-Metallisierung 10 angeordnet.
Die Rückseite 22 des Substrats 2 ist mit folgendem Schichtstapel versehen. Auf der Rückseite 22 ist eine Oxid-Schicht 3 angeordnet, auf deren vom Substrat angewandten Seite eine Silizium- oder SiC-Schicht 4 angeordnet ist. Auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Silizium- oder SiC-Schicht 4 ist weiterhin eine Rückseiten -Passivierschicht 8 angeordnet, die ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann. Die Rückseiten-Passivierschicht 8 weist beispielsweise eine Lage aus SiNx und eine Lage aus SiNxOy auf. Auf einer von dem Substrat 2 abgewandten Seite der Rückseiten-Passivierschicht 8 ist weiterhin eine Rückseiten-Metallisierung 9 angeordnet. Bei der Solarzelle handelt es sich um eine TOPCon-Solarzelle, bei der die Oxid-Schicht 3 als Tunnelschicht ausgebildet ist.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, mittels dem die in Fig. 3 gezeigte Solarzelle hergestellt ist. In einem Schritt wird ein Substrat mit einer Vorderseite und einer Rückseite einer nasschemischen Behandlung 30 beispielsweise einer Sägeschadenätzung und Texturierung unterzogen. In einem sich an die nasschemische Behandlung 30 anschließenden Schritt wird eine Dotierung 31 der Vorderseite des Substrats beispielsweise unter Bildung eines Bor- oder Phosphor-Emitters durchgeführt. In einem sich an die Dotierung 31 anschließenden Schritt wird das Substrat einer weiteren nasschemischen Behandlung 32 wie CKI- und BSG- bzw. PSG - Ätze unterzogen. In einem an die nasschemische Behandlung 32 anschließenden Schritt a) 33 wird das Substrat in einer Abscheidevorrichtung bereitgestellt. In einem sich an den Schritt a) 33 anschließenden Schritt b) 34 werden zuerst eine Oxid-Schicht und dann eine Silizium- oder SiC-Schicht auf der Rückseite des Substrats abgeschieden, wobei die Bildung dieser Schichten mittels einer in situ Beschichtung in der Abscheidevorrichtung unter Vakuum durchgeführt wird, wobei das Vakuum durchgehend während des Schritts b) 34 aufrechterhalten wird und das Substrat räumlich nicht bewegt wird.
Ein sich an den Schritt 34 anschließender Schritt umfasst ein Annealen 35, bei dem eine Hochtemperaturbehandlung im Bereich von einer Temperatur von 700 bis 1000°C durchgeführt wird, so dass aus der in dem Schritt b) 34 erzeugten im wesentlichen Silizium- oder SiC-Schicht eine polykristalline Silizium- bzw. SiC-Schicht erzeugt wird und ggf. sich in der Silizium- oder SiC-Schicht befindende Dotanten (z.B. Phosphor oder Bor) durch die Oxid-Schicht in das Substrat eindiffundieren. Ein sich an das Annealen 35 anschließender Schritt weist eine noch weitere nasschemische Behandlung 36 der Vorderseite auf, bei der ein evtl, vorhandener Umgriff der polykristallinen Silizium(carbid)-Schicht auf der Vorderseite entfernt wird. An die noch weitere nasschemische Behandlung 36 schließt sich eine Passivierung 37 der Vorderseite und der Rückseite und dann eine Metallisierung 38 der Vorderseite und der Rückseite an. Bezugszeichenliste:
1 Abscheidevorrichtung
2 Substrat
21 Vorderseite
22 Rückseite
3 Siliziumoxid-Schicht
4 Silizium-Schicht
5 Boot
51 Halteplatte
6 Dotierschicht
7 Vorderseiten -Passivierschicht
8 Rückseiten-Passivierschicht
9 Rückseiten-Metallisierung
10 Vorderseiten -Metallisierung
30 nasschemische Behandlung
31 Dotierung
32 weitere nasschemische Behandlung
33 Schritt a)
34 Schritt b)
35 Annealen
36 noch weitere nasschemische Behandlung
37 Passivierung
38 Metallisierung

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Substrats (2) mit einer Vorderseite (21 ) und einer Rückseite (22) in einer Abscheidevorrichtung (1 ), und b) in situ Beschichtung des Substrats (2) mit zwei Schichten, aufweisend b1 ) Oxidation mittels Aussetzens des Substrats zu einem sauerstoffhaltigen Gas und einem ersten Plasma zur Erzeugung einer Oxid-Schicht (3) oder Abscheidung der Oxid-Schicht mittels PECVD und b2) anschließende Abscheidung einer Silizium-Schicht (4) oder SiC-Schicht mittels Aussetzens zu einem siliziumhaltigen Gas, einem optionalen kohlenstoffhaltigen Gas und einem zweiten Plasma, wobei der Schritt b) unter Vakuum in der Abscheidevorrichtung (1 ) durchführt wird und das Vakuum durchgehend während des Schritts b) aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (22) den Schritten a) und b) unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) zwischen den Schritten b1 ) und b2) innerhalb der Abscheidevorrichtung (1 ) räumlich nicht bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) mit einem Niederdruckplasma mit einem Druck im Bereich von 0,1 bis 5,0 mbar oder 0,1 bis 10,0 mbar durchgeführt wird und/oder der Schritt b) einer Niederdruckglimmentladung mit einer Anregungsfrequenz im Bereich von 10 bis 500 kHz oder 30 bis 50 kHz durchgeführt wird und/oder in dem Schritt b) das Plasma im Bereich mit einem Arbeitszyklus von Ton / (Ton + T0ff) < 10 % und/oder im Bereich von Ton = 1 bis 100 ms gepulst wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus
O2, einem Gasgemisch aus O2/ Inertgas, wobei das Inertgas bevorzugt Ar, Ne, Kr oder N2 ist, einem sauerstoffhaltigen molekularen Gas, das bevorzugt N2O, CO2, NO2, NO oder CO ist, einem schichtbildenden Gasgemisch, wobei das schichtbildende Gasgemisch bevorzugt SiH4/O2, SiH4/CO2, AIC3H9/N2O oder AIC3H9/N20/Ar ist, und/oder dass das siliziumhaltige Gas und das optionale kohlenstoffhaltige Gas ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Gasgemisch aus SihU/Hh, einem Gasgemisch aus SiTVHh/PHh, einem Gasgemisch aus SiH4/H2/B2H6, einem Gasgemisch aus S1H4/CH4, einem Gasgemisch aus SihU/ChU/PHh oder einem Gasgemisch aus SiH4/CH4/B2H6.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b1 ) mit einer Abscheiderate von <0,2 nm/s oder <0,1 nm/s durchgeführt wird und/oder der Schritt b1 ) mit einem Arbeitszyklus <5% durchgeführt wird und/oder dass der Schritt b1 ) bei einer Temperatur < 500°C oder im Bereich von 300 bis 450°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate (2) den Schritten a) und b) gleichzeitig unterzogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate (2) in einem Boot (5) angeordnet sind, in dem jeweils zwei Substrate (2) gegenüberliegend angeordnet sind und eine unterschiedliche Polarität aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Schritt b1 ) erzeugte Oxid-Schicht (3) als Tunnelschicht ausgebildet wird und/oder dass die Solarzelle eine TOPCon- Solarzelle ist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Direkt- Plasmaverfahren oder als Remote- Plasmaverfahren mit einem kapazitiven Plasma als Hochfrequenz-Plasma oder mit einer Anregungsfrequenz von 13,56 MHz oder vielfachen davon durchgeführt wird.
11 . Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) mit dem Substrat (2) zuerst eine nasschemische Behandlung (30), dann eine Dotierung (31 ) der Vorderseite und anschließend eine weitere nasschemische Behandlung (32) durchgeführt wird und nach dem Schritt b) mit dem Substrat (2) ein Annealen (35), dann eine noch weitere nasschemische Behandlung (36) der Vorderseite (21 ), anschließend eine Passivierung (37) der Vorderseite (21 ) und der Rückseite (22) und dann eine Metallisierung (38) der Vorderseite (21 ) und der Rückseite (22) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung (1 ) ein Rohrofen ist.
EP21763003.7A 2020-07-21 2021-07-21 Verfahren zur herstellung einer solarzelle Pending EP4186104A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020119206.1A DE102020119206A1 (de) 2020-07-21 2020-07-21 Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
PCT/DE2021/100633 WO2022017565A1 (de) 2020-07-21 2021-07-21 Verfahren zur herstellung einer solarzelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4186104A1 true EP4186104A1 (de) 2023-05-31

Family

ID=77563865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21763003.7A Pending EP4186104A1 (de) 2020-07-21 2021-07-21 Verfahren zur herstellung einer solarzelle

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240038909A1 (de)
EP (1) EP4186104A1 (de)
CN (1) CN116325179A (de)
DE (1) DE102020119206A1 (de)
WO (1) WO2022017565A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130186464A1 (en) * 2012-01-03 2013-07-25 Shuran Sheng Buffer layer for improving the performance and stability of surface passivation of silicon solar cells
KR101613846B1 (ko) 2014-06-10 2016-04-20 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
DE102018124565A1 (de) 2018-10-05 2020-04-09 Meyer Burger (Germany) Gmbh Solarzellen-Beschichtungsanlage
CN109802007B (zh) * 2019-01-02 2020-11-17 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 管式pecvd制备多晶硅钝化接触结构的方法
CN110931604A (zh) 2019-12-10 2020-03-27 江苏微导纳米科技股份有限公司 Topcon结构太阳能电池的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102020119206A1 (de) 2022-01-27
US20240038909A1 (en) 2024-02-01
WO2022017565A1 (de) 2022-01-27
CN116325179A (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004001099B4 (de) Oxidationsverfahren mit hochdichtem Plasma
DE3587964T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase mittels eines durch Magnetron verstärkten Plasmas.
CN101436618B (zh) 光电转换装置及其制造方法
EP0015694A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Films auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers
US8975603B2 (en) Systems and methods for plasma doping microfeature workpieces
WO2001028005A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von solarzellen
JPS5934421B2 (ja) 薄膜製造法
CN113481487A (zh) 一种太阳能电池片及其背面pecvd法和应用
WO2020069700A1 (de) Solarzellen-beschichtungsanlage
JP2000223421A (ja) 成膜方法及びその装置
US6911233B2 (en) Method for depositing thin film using plasma chemical vapor deposition
Potts et al. Effects of rf power and reactant gas pressure on plasma deposited amorphous hydrogenated silicon
EP4186104A1 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle
JPH0574713A (ja) 非晶質半導体薄膜の製造方法
JP4813637B2 (ja) 薄膜多結晶シリコン及びシリコン系光電変換素子の製造方法
JP3100668B2 (ja) 光起電力素子の製造方法
Hsieh et al. Improved process stability on an extremely thin amorphous/crystalline silicon interface passivation layer by using predeposition on the chamber wall
CN103688371A (zh) 太阳能电池及其制造方法
CN113629161B (zh) 间歇等离子体氧化方法和装置、太阳电池的制备方法
DE102008063737A1 (de) Verfahren zur Abscheidung von mikrokristallinem Silizium auf einem Substrat
JP3428766B2 (ja) 多結晶Ｓｉ薄膜の堆積法
KR100292088B1 (ko) 반도체소자 제조방법
JP2753018B2 (ja) 薄膜トランジスターの製造方法
DE19962896A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Solarzellen
JP3564505B2 (ja) 半導体装置の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230221

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)