EP4706107A1 - Solarzelle, solarzellen-halbzeug und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

Solarzelle, solarzellen-halbzeug und verfahren zur herstellung einer solarzelle

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EP4706107A1
EP4706107A1 EP24733516.9A EP24733516A EP4706107A1 EP 4706107 A1 EP4706107 A1 EP 4706107A1 EP 24733516 A EP24733516 A EP 24733516A EP 4706107 A1 EP4706107 A1 EP 4706107A1
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EP
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phosphorus
layer
doped
solar cell
substrate
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EP24733516.9A
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English (en)
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Axel Schwabedissen
Matthias Junghänel
Enrico Jarzembowski
Klaus DUNCKER
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Hanwha Q Cells GmbH
Original Assignee
Hanwha Q Cells GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein Solarzellen-Halbzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Solarzelle und ein Solarzellen-Halbzeug, die jeweils ein Substrat (1), eine auf dem Substrat (1) angeordnete Tunneloxid-Schicht (2) und einen darauf angeordneten, rückseitigen Schichtstapel aufweisen, der mindestens zwei Phosphor-dotierte Silizium-Schichten (3, 5, 6), deren jeweiliger Phosphor-Gehalt sich voneinander unterscheiden, und eine Barriereschicht (4) aufweist, die zwischen den mindestens zwei Phosphor-dotierten Silizium-Schichten (3, 5, 6) angeordnet ist, so dass ein Dotierprofil mit zumindest zwei Dotierstufen ausgebildet ist, wobei innerhalb jeder der zumindest zwei Dotierstufen der Phosphor-Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen Phosphor-dotierten Silizium-Schichten (3, 5, 6) im Wesentlichen konstant ist.

Description

Titel: Solarzelle, Solarzellen-Halbzeug und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, ein Solarzellen-Halbzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Solarzelle und ein Solarzellen-Halbzeug, die jeweils ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Tunneloxid-Schicht und einen darauf angeordneten, rückseitigen Schichtstapel aufweisen, der eine Phosphor-dotierte Silizium- Schicht aufweist, sowie ein Verfahren, bei dem auf ein Substrat eine Phosphordotierte Silizium-Schicht abgeschieden wird.
EP 3 685 446 A1 beschreibt eine Solarzelle, die ein Siliziumsubstrat und einen darauf angeordneten Schichtstapel mit einer dünnen Oxidschicht und einer poly Silizium-Schicht bzw. Polysiliziumschicht aufweist, wobei die Polysiliziumschicht über ihre Dicke konstant dotiert ist und das Siliziumsubstrat in der Nähe der (Rückseiten- joberfläche graduell dotiert ist. Die Solarzelle weist weiterhin eine Rückseitenelektrode in Form eines Metall- Kontakts auf, der die Polysiliziumschicht lokal penetriert. Schwächen einer solchen Solarzelle sind - bei dünnen poly Silizium-Schichten - die nicht zufriedenstellende Querleitfähigkeit und ein schlechter Kontakt zu dem Metall- Kontakt bzw. einer Paste, die zu seiner Herstellung verwendet wird. Möglichst dünne poly Silizium- Schichten sind aber erstrebenswert, um wenig Absorptionsverluste bzw. einen hohen Strom (Isc) zu erreichen. Eine Verbesserung des Kontaktwiderstands durch eine hohe Phosphordotierung über die gesamte poly Silizium- Schichtdicke wird ebenfalls zu Absorptionsverlusten führen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle bereitzustellen, die einen rückseitigen Schichtstapel mit einer verbesserte Querleitfähigkeit und einem verbesserten Kontakt des rückseitigen Schichtstapels zur Rückseitenelektrode bzw. deren Herstellungspaste aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Solarzelle mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1, ein Solarzellen- Halbzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Modifikationen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der rückseitige Schichtstapel insbesondere die Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten zeichnen sich durch einen niedrigen Schichtwiderstand und/oder eine hohe Querleitfähigkeit bei gleichzeitig guter Kontaktierbarkeit durch die Rückseitenelektrode aus.
Da nach der Abscheidung der a-Si:H(n)-Schichten bzw. Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten auf dem Substrat ein so-genanntes Annealing d.h. ein Aussetzen zu einer Temperatur von z.B. ca. 800 bis 950°C durchgeführt wird, um aus der jeweiligen a-Si:H(n)-Schicht eine jeweilige Poly-Si(n)-Schicht herzustellen, so dass Wasserstoff ausdiffundiert und sich Si-Kristalle bilden, genügt es nicht, a-Si:H(n)-Teilschichten mit unterschiedlichem Phosphor- Gehalt abzuscheiden, da Phosphin eine hohe Beweglichkeit aufgrund der erhöhten Temperatur bei dem Annealing aufweist. Ohne die Barriereschicht wird sich ein flaches Phosphor- Profil oder ein Phosphor-Gradient anstelle des stufenförmigen Phosphor-Profils nach dem Annealing einstellen. Die Barriereschicht lässt den Phosphor nicht oder zumindest in stark verringertem Umfang passieren, so dass ein zumindest zwei-stufiges Dotierprofil erzeugt wird. Mittels der Barriereschicht können daher größere Dotierungsunterschiede in den durch die Barriereschicht getrennten Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten bei dem Annealing mittels Verhinderung oder zumindest Minimierung einer Diffusion des Phosphors von der einen in die weitere der Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten erreicht werden.
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend ein Substrat mit einer Tunneloxid-Schicht und einem darauf angeordneten rückseitigen Schichtstapel, der mindestens zwei Phosphor-dotierte, poly Silizium-Schichten, deren jeweiliger Phosphor-Gehalt sich voneinander unterscheidet, und eine Barriereschicht aufweist, die zwischen den mindestens zwei Phosphordotierten, poly Silizium-Schichten angeordnet ist, so dass ein Dotierprofil mit zumindest zwei Dotierstufen ausgebildet ist, wobei innerhalb jeder der zumindest zwei Dotierstufen der Phosphor-Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen poly Silizium-Schichten im Wesentlichen konstant ist.
Die Solarzelle ist als TopCon-Solarzelle ausgebildet. Vorteile von n-Typ TopCon- Solarzellen sind eine relativ geringe Degradation sowie eine relativ hohe Effizienz. Bevorzugt ist die Solarzelle als eine bifaciale TopCon-Solarzelle ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Barriereschicht als eine sauerstoffhaltige Schicht ausgebildet. Bevorzugter ist die Barriereschicht als eine sauerstoffreiche intrinsische Silizium-Schicht ausgebildet. Alternativ bevorzugter ist die Barriereschicht als eine sauerstoffreiche dotierte Schicht ausgebildet. Vor dem Annealing kann die Barriereschicht als eine sauerstoffreiche amorphe Silizium-Schicht bzw. a-SiOx Schicht ausgebildet sein. Je höher der Sauerstoff gehalt in der a-SiOx Schicht, desto mehr elektrisch leitfähiger Phosphor wird gebunden. Die Barriereschicht ist bevorzugt elektrisch leitfähig. Die auf der dem Substrat zugewandte Seite der Barriereschicht angeordnete Phosphor-dotierte Silizium-Schicht kann vor dem Annealing amorph oder intrinsisch ausgebildet sein.
Bevorzugt nimmt der jeweilige Phosphor-Gehalt der mindestens zwei Phosphordotierten poly Silizium-Schichten mit steigendem Abstand zu dem Substrat zu. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten, die nach dem Annealing als poly Silizium- bzw. Poly-Si(n)- Schichten vorliegen, die mit einem relativ niedrigeren PHB-FIUSS abgeschieden wurden und einen relativ niedrigen Phosphor-Gehalt aufweisen, einen überraschend niedrigeren Schichtwiderstand und bessere Querleitfähigkeit aufweisen als die Poly-Si(n)-Schichten, die mit einem relativ hohen PHB-FIUSS abgeschieden wurden und einen relativ hohen Phosphor-Gehalt aufweisen. Allerdings zeigen die mit dem relativ niedrigen PHB-FIUSS abgeschiedenen Poly- Si(n)-Schichten einen relativ hohen Kontaktwiderstand in Bezug auf die Rückseiten-Metallisierung auf, was sich in einem relativ niedrigeren Füllfaktor widerspiegelt. Daher ist die Ausbildung der Solarzelle mit einem steigenden Abstand zu dem Substrat steigenden Phosphor-Gehalt der mindestens zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten vorteilhaft. Hierbei ist zwischen elektrisch leitfähigem Phosphor, der in ECV (electrochemical capacitance voltage)-Messungen nachweisbar ist, und einem Gesamt- Phosphorgehalt, der mittels ToF SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry)-Messungen ermittelbar ist, zu unterscheiden.
Die Solarzelle kann zwei, drei oder mehr Phosphor-dotierte, poly Silizium- Schichten aufweisen, die jeweils durch eine Barriereschicht getrennt sind. Die zu dem Substrat entfernteste Phosphor-dotierte, poly Silizium -Schicht weist bevorzugt den höchsten Phosphor-Gehalt zum Bereitstellen eines guten Kontakts zu der Rückseitenelektrode auf, während die dem Substrat am Nächsten angeordnete Phosphor-dotierte, poly Silizium-Schicht bevorzugt den niedrigsten Phosphor-Gehalt zum Bereitstellen einer verarmten Quelle zur Tail- Bildung aufweist und eine dazwischen liegende Phosphor-dotierte poly Silizium- Schicht bevorzugt einen dazwischen liegenden Phosphor-Gehalt zum Bereitstellen einer maximalen Querleitfähigkeit aufweist. Ein Tail bedeutet Phosphor, der in das Substrat wie einen Si -Wafer nach dem Annealing eindiffundiert ist, insbesondere in einen Bereich bis etwa 1000 nm von der Substratoberfläche bzw. SiOx-Schicht (Tunneloxid-Schicht) entfernt.
Eine Schichtdicke der Tunneloxid-Schicht beträgt bevorzugt 1 bis 3 nm. Bevorzugt beträgt eine Schichtdicke der Barriereschicht 5 nm bis zu 30 nm. Bevorzugt liegt eine Schichtdicke der mindestens zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten jeweils im Bereich von 20 nm bis 60 nm. Bevorzugt liegt eine Schichtdicke des rückseitigen Schichtstapels im Bereich von 50 bis 150 nm.
Die Erfindung betrifft ferner ein Solarzellen-Halbzeug, aufweisend ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Tunneloxid-Schicht und einen darauf angeordneten, rückseitigen Schichtstapel, der mindestens zwei Phosphordotierte, amorphe Silizium-Schichten, deren jeweiliger Phosphor-Gehalt sich voneinander unterscheiden, und eine sauerstoffreiche Barriereschicht aufweist, die zwischen den mindestens zwei Phosphor-dotierten, amorphen Silizium- Schichten angeordnet ist, so dass ein Dotierprofil mit zumindest zwei Dotierstufen ausgebildet ist, wobei innerhalb jeder der zumindest zwei Dotierstufen der Phosphor-Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten im Wesentlichen konstant ist. Die erfindungsgemäße Solarzelle ist aus dem Solarzellen- Halbzeug mittels Annealings herstellbar.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Substrats, b) Erzeugen einer Tunneloxid Schicht auf einer Rückseite des Substrats, c) Abscheiden einer Phosphor-dotierten Silizium-Schicht auf einer Rückseite des Substrats unter Verwendung eines ersten Phosphin- Partialdrucks, d) Abscheiden einer Barriereschicht unter Verwendung von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Moleküls auf der Phosphor-dotierten, amorphen Silizium -Schicht, e) Abscheiden einer Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schicht auf der Barriereschicht unter Verwendung eines weiteren Phosphin- Partialdrucks, der verschieden zu dem ersten Phosphin-Partialdruck ist, und f) Aussetzen des Substrats samt rückseitigem Schichtstapel zu einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950°C.
Der Schritt a) weist bevorzugt ein Bereitstellen eines Siliziumsubstrats auf. Das Siliziumsubstrat ist bevorzugt als n-typ Si Wafer mit einer Dicke von etwa 150 - 180 pm ausgebildet und ist über seine Dicke relativ konstant dotiert. In dem Schritt b) wird ein Interface- oder Tunneloxid abgeschieden, das zur Einstellung des in den Schritten c) bis e) zu erzeugenden Phosphorprofils wichtig ist. Es bildet auch eine Barriere für den Phosphor. Die Tunneloxid- Schicht wird bevorzugt als SiOx erzeugt. Die Tunneloxid-Schicht wird bevorzugt als Plasmaoxid mittels eines Niederdruck Plasmas oder als thermisches Oxid z.B. in einem Rohrofen bei einer Temperatur > 500°C oder als nasschemisches Oxid in Ozon oder H2O2 haltiger wässriger Lösung erzeugt.
In dem Schritt f) werden die in den Schritten c) und e) abgeschiedenen Si:H(n)- Schichten durch Kristallisation in die Poly-Si(n)-Schichten umgewandelt. Über die gesamte Dicke des rückseitigen Schichtstapels mit den Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten liegt ein zwei-stufiges Dotierprofil vor. Die in dem Schritt c) abgeschiedene Phosphor-dotierte Schicht kann intrinsisch oder bevorzugt amorph sein. Die in dem Schritt e) abgeschiedene Phosphor-dotierte Schicht ist amorph.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte c) und e) unter Verwendung von SiH4, H2 und PH3 durchgeführt. Mit dem erzeugten rückseitigem Schichtaufbau können unterschiedliche Anforderungen an die Schicht wie ein guter Kontakt zu einer Rückseitenelektrode, wo ein hoher Phosphin-Partialdruck vorteilhaft ist, und eine gute Querleitfähigkeit verwirklicht werden, wo ein niedriger Phosphin-Partialdruck vorteilhaft ist. Bevorzugt beträgt ein Phosphin-Partialdruck in dem Schritt c) weniger als 1 % relativ zu SiH4 und H2. Bevorzugt beträgt der Phosphin-Partialdruck in dem Schritt e) mehr als 1 % relativ zu SiH4 und H2. Für eine gute Querleitfähigkeit einer Silizium-Schicht ist ein eher niedrigerer Phosphin-Partialdruck von z.B. ca. 15 - 25 % eines Ausgangswertes ( < 1 %) bei der Abscheidung des amorphen, dotierten Siliziums (a-Si(n)) von Vorteil. Der Ausgangswert bezieht sich bevorzugt auf einen Prozess, bei dem mit einem vorbestimmten Fluss von PH3 gestartet wird, der den Ausgangswert darstellt und gleich 100 % definiert ist und dann variiert bevorzugt reduziert wird, wobei der variierte Wert im Verhältnis zu dem Ausgangswert definiert ist. Beispielsweise wird ein PECVD Prozess durchgeführt, bei dem mit einem Fluss von 2000 seem PH3, das verdünnt, 5 % PH3 in H? ist, gestartet wird, wobei dieser Wert den Ausgangswert von 100 % darstellt, und dann auf einen Fluss von 500 seem PH3 reduziert wird, wobei dieser Wert 25% des Ausgangswerts beträgt.
Der PH3 Partialdruck wird bevorzugt zwischen 0,6 und 1 ,5 % variiert.
Andererseits ist für einen niedrigen Kontaktwiderstand der Rückseitenelektrodenpaste zur Herstellung der Rückseitenelektrode auf der Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schicht von Vorteil, wenn möglichst viel Phosphin in diese Schicht eingebaut wird, was einen hohen Phosphin- Partialdruck von z.B. > 1 % während der Abscheidung des a-Si(n) bzw. a-Si:H(n) erfordert. Der Phosphin-Partialdruck d.h. der PH3-FIUSS während der Abscheidung in den Schritten c) und e) beeinflusst die Kristallgröße der Phosphor-dotieren, amorphen Silizium-Schichten. Je höher der PH3-FIUSS, desto geringer ist die Kristallgröße. Z.B. beträgt eine typische Kristallgröße 0,1 bis 0,3 pm bei dem Phosphin-Partialdruck von 1 ,5 %, während die typische Kristallgröße bei dem Phosphin-Partialdruck von 0,8 % nur 0,2 bis 0,6 pm beträgt, wodurch eine Erhöhung der Querleitfähigkeit um bis zu 20% erreicht werden kann.
Bevorzugt beträgt in den Schritten b) - e) eine Abscheidetemperatur 300 bis 500 °C, bevorzugt 450 °C. Bevorzugt beträgt in den Schritten c) - e) ein Druck 0,5 bis 10 mbar, bevorzugt 2 mbar.
Bevorzugt wird der Schritt d) unter Verwendung von SiH4, H2 und einem sauerstoffhaltigen, molekularen Gas durchgeführt wird. Das sauerstoffhaltige Gas ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N2O, CO2, NO2, NO und/oder CO. Mithilfe dieser Prozessgase wird eine Schicht abgeschieden, die eine gute Phosphor-Barriere bereitstellt. Bevorzugt wird in dem Schritt d) eine sauerstoffhaltige Schicht wie eine sauerstoffhaltige intrinsische oder amorphe Silizium-Schicht (a-SiOx:H) abgeschieden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt d) weiterhin unter Verwendung von Phosphin bzw. PH3, durchgeführt, wobei eine in dem Schritt d) verwendete Menge an PH3 geringer ist als eine jeweils in den Schritten c) und e) verwendete Menge an PH3. Dadurch wird eine elektrische Leitfähigkeit der Barriereschicht erhalten. Die Barriereschicht wird bevorzugt als eine dotierte sauerstoffhaltige amorphe Silizium-Schicht (a-SiOx(n):H) abgeschieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schritt c) folgende Teilschritte auf: c1 ) Abscheiden der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht auf dem Substrat während einer vorbestimmten ersten Zeitdauer und/oder bis eine vorbestimmte erste Schichtdicke erreicht wird, c2) Aussetzen des Substrats und der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht zu einem Plasma unter Verwendung eines unbeschichtenden Prozessgases während einer vorbestimmten zweiten Zeitdauer oder Unterbrechen des Plasmas für ca. 10 - 60 Sek., c3) Fortsetzen des Abscheidens der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht auf dem Substrat während einer vorbestimmten dritten Zeitdauer und/oder bis eine vorbestimmte zweite Schichtdicke der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht erreicht wird.
Diese Vorgehensweise führt zu einer mittels der Schritts c1 ) und c2) erzeugten Saatschicht. Die in dem Schritt c1 ) abgeschiedene Saatschicht ist im Vergleich zu der in dem Schritt c3) erzeugten Schicht relativ dünn und weist z.B. eine Schichtdicke von 1 nm auf. Die in dem Schritt c3) erzeugte Schicht weist hingegen eine Schichtdicke von 20 nm oder mehr auf. Durch Erzeugung der Saatschicht kann das Phosphordotierprofil und die Kristallinität der in dem Schritt f) erzeugten Poly-Si(n)-Schicht positiv beeinflusst werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren in einer PECVD (Plasma- Enhanced Chemical Vapor Deposition bzw. plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung)-Anlage oder einer LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition bzw. chemische Niederdruck- Gasphasenabscheidung)-Anlage durchgeführt. Die PECVD- oder LPCVD-Anlage ist bevorzugt als Rohrofen ausgebildet. Durch die Verwendung einer Rohr- PECVD- oder Rohr-LPCVD-Anlage können die in den jeweiligen Schritten erzeugten Schichten in ihrer jeweiligen Abfolge durch eine zeitliche Änderung des Prozessgasflusses abgeschieden werden, ohne dass das Substrat mit seinem rückseitigen Schichtstapel bewegt werden muss und das Vakuum unterbrochen werden muss.
Bevorzugt wird das Verfahren in einer PECVD-Anlage durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen den Substraten ein gepulstes, kapazitiv gekoppeltes Niederdruck-Plasma gezündet, bevorzugt im Frequenzbereich von 40 bis 400 kHz und/oder mit eine Leistungsbereich von 2 bis 20 kW.
Bevorzugt weist der Schritt a) ein Bereitstellen einer Vielzahl von Substraten auf, die in einem Waferboot angeordnet sind. Bevorzugt werden die zu beschichtenden Substrate in ein Waferboot aus Graphit geladen, in denen die Substrate sich in Taschen gegenüberstehen und mittels Kontakt-Pins kontaktiert werden. Dadurch lassen sich Herstellungskosten einsparen. Bevorzugt ist das Substrat ein Wafer, bevorzugter ein Si-Wafer.
Bevorzugt werden die Schritte d) und e) nacheinander alternierend wiederholt, wobei der Phosphin-Partialdruck mit steigender Anzahl des wiederholten Schritts e) zunimmt. Dadurch nimmt ein Phosphor-Gehalt der in den Schritten e) erzeugten Schichten mit steigendem Abstand zu dem Substrat zu. Bevorzugt nimmt ein jeweiliger Phosphor-Gehalt der in dem Schritt c) und e) abgeschiedenen Phosphor-dotierten Silizium-Schichten mit steigendem Abstand zu dem Substrat zu. Der Schritt d) kann mehrmals wiederholt werden.
Bevorzugt wird nach dem Schritt f) eine SiNx:H Schicht als Passivier- und RS Antireflexschicht und eine Rückseitenmetallisierungspaste zum Erzeugen einer Rückseitenelektrode auf dem rückseitigen Schichtstapel angeordnet. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand von nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen erläutert. Die Figuren sind jedoch nicht maßstabsgerecht gezeichnet, sondern rein schematisch und beispielhaft zu verstehen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Solarzelle;
Fig. 2 ein Dotierprofil der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer eiteren erfindungsgemäßen Solarzelle;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Solarzelle. Die Solarzelle weist ein Substrat 1 mit einem rückseitigen Schichtstapel auf. Zwischen dem Substrat 1 und dem rückseitigen Schichtstapel ist ferner eine Tunneloxid-Schicht 2 angeordnet. Der rückseitige Schichtstapel weist zwei Phosphor-dotierte, poly-Silizium-Schichten 3,5 und eine Barriereschicht 4 auf, die zwischen den zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten 3,5 angeordnet ist. Die zwei Phosphor-dotierten poly Silizium-Schichten 3,5 weisen einen jeweiligen Phosphor-Gehalt auf, die sich voneinander unterscheiden.
Das Substrat 1 ist ein Si-Wafer. Die Tunneloxid-Schicht 2 ist aus SiOx mit einer Schichtdicke von 1 -3 nm ausgebildet und ist nicht leitfähig. Die zwei Phosphordotierten, poly Silizium-Schichten 3,5 weisen eine Schichtdicke von 70 nm bzw. 30 nm auf. Die Barriereschicht 4 weist eine Schichtdicke von 10 nm auf und ist als Sauerstoff dotiertes / angereichertes poly-SiOx ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Solarzellen-Halbzeug entspricht der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle mit dem Unterschied, dass es anstelle der zwei Phosphor-dotierten poly Silizium-Schichten 3,5 zwei Phosphor-dotierte, amorphe Silizium- Schichten 3,5 aufweist. Die Phosphor-dotierte, amorphe Silizium-Schicht 3 ist mit einem relativ niedrigen Phosphin-Partialdruck abgeschieden worden, während die Phosphor-dotierte, amorphe Silizium-Schicht 5 mit einem relativ hohen Phosphin- Partialdruck abgeschieden wurde. Die Barriereschicht 4 trennt die zwei Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten 3,5 durch eine Phosphor-Barriere aus Lachgas.
Fig. 2 zeigt ein Dotierprofil der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle. Gezeigt ist der Phosphor-Gehalt vs. die Schichten der Solarzelle. Die zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten 3,5 weisen einen jeweiligen Phosphor-Gehalt auf, die sich voneinander unterscheiden, so dass ein Dotierprofil mit zwei Dotierstufen ausgebildet ist. Innerhalb jeder der zwei Dotierstufen ist der Phosphor-Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen Silizium-Schichten 3,5 im Wesentlichen konstant. Die Phosphor-dotierte, poly Silizium-Schicht 5 weist einen höheren Phosphor-Gehalt auf als die Phosphor-dotierte, poly- Silizium- Schicht 3, wobei die Barriereschicht 4 eine Steigung zwischen den zwei Dotierstufen bildet.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Solarzelle. Die in Fig. 3 gezeigte Solarzelle entspricht der in Fig. 1 gezeigten Solarzelle mit dem Unterschied, dass der rückseitige Schichtstapel weiterhin eine weitere Phosphor-dotierte, poly- Silizium-Schicht 6 aufweist, die von der Phosphor-dotierten poly-Silizium-Schicht 5 mittels einer weiteren Barriereschicht 4 getrennt ist. Zudem weist die Solarzelle eine RS SiNx Schicht 7 auf der Phosphor-dotierten, poly-Silizium-Schicht 6 sowie eine Rückseitenelektrode 8 auf, die streifenförmig auf einer von dem Substrat 1 abgewandten Seite der RS SiNx Schicht 7 angeordnet ist. Der jeweilige Phosphor-Gehalt der drei Phosphor-dotierten Silizium-Schichten 3,5,6 nimmt mit steigendem Abstand zu dem Substrat 1 zu.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren weist folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge auf: Es wird zuerst ein Schritt a) Bereitstellen eines Substrats durchgeführt. An den Schritt a) schließt sich ein Schritt b) an, in dem eine Tunneloxid Schicht auf einer Rückseite des Substrats erzeugt wird z.B. ein Plasmaoxid mittels eines Niederdruck Plasmas oder ein thermisches Oxid z.B. in einem Rohrofen bei einer Temperatur > 500°C oder ein nasschemisches Oxid in Ozon oder H2O2 haltiger wässriger Lösung. An den Schritt b) schließt sich ein Schritt c) Abscheiden einer Phosphor-dotierten, amorphen oder intrinsischen Silizium- Schicht auf einer Rückseite des Substrats d.h. auf der Tunneloxid-Schicht unter Verwendung eines ersten Phosphin-Partialdrucks an. An den Schritt c) schließt sich ein Schritt d) Abscheiden einer Barriereschicht auf der Phosphor-dotierten, amorphen oder intrinsischen Silizium-Schicht an. An den Schritt d) schließt sich ein Schritt e) Abscheiden einer Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schicht auf der Barriereschicht unter Verwendung eines weiteren Phosphin- Partialdrucks an, der verschieden zu dem ersten Phosphin-Partialdruck ist. An den Schritt e) schließt sich ein Schritt f) Aussetzen des Substrats samt rückseitigem Schichtstapel zu einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950°C an. Mit dem in Fig. 4 gezeigten ist die in Fig. 1 gezeigte Solarzelle herstellbar.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens. Das in Fig. 5 gezeigte Verfahren entspricht dem in Fig. 4 gezeigten Verfahren mit dem Unterschied, dass im Anschuss zwischen den in Fig. 4 gezeigten Schritten e) und f) die Schritte d) und e) wiederholt werden und sowie optional ein Schritt g) Abscheiden einer RS SiNx Schicht und ein Schritt h) Anordnen einer Rückseitenelektrodenpaste zum Erzeugen einer Rückseitenelektrode durchgeführt werden. Mit dem in Fig. 5 gezeigten ist die in Fig. 3 gezeigte Solarzelle herstellbar.
Bezugszeichenliste:
1 Substrat
2 Tunneloxid-Schicht 3 Phosphor-dotierte Silizium-Schicht
4 Barriereschicht
5 weitere Phosphor-dotierte Silizium-Schicht
6 weitere Phosphor-dotierte Silizium-Schicht
7 RS SiNx Schicht 8 Rückseitenelektrode

Claims

Patentansprüche:
1 . Solarzelle, aufweisend ein Substrat (1 ), eine auf dem Substrat (1 ) angeordnete Tunneloxid-Schicht (2) und einen darauf angeordneten rückseitigen Schichtstapel, der mindestens zwei Phosphor-dotierte, poly Silizium-Schichten (3,5,6), deren jeweiliger Phosphor-Gehalt sich voneinander unterscheiden, und eine sauerstoffreiche Barriereschicht (4) aufweist, die zwischen den mindestens zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten (3,5,6) angeordnet ist, so dass ein Dotierprofil mit zumindest zwei Dotierstufen ausgebildet ist, wobei innerhalb jeder der zumindest zwei Dotierstufen der Phosphor-Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten (3,5,6) im Wesentlichen konstant ist.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (4) als eine sauerstoffreiche intrinsische Silizium-Schicht oder eine sauerstoffreiche dotierte Silizium-Schicht ausgebildet ist.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Phosphor-Gehalt der mindestens zwei Phosphor-dotierten, poly Silizium-Schichten (3,5,6) mit steigendem Abstand zu dem Substrat (1 ) zunimmt.
4. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schichtdicke der Barriereschicht (4) 5 nm bis zu 30 nm beträgt, eine Schichtdicke der mindestens zwei Phosphordotierten, poly Silizium-Schichten (3,5,6) jeweils im Bereich von 20 nm bis 60 nm liegt und/oder eine Schichtdicke des rückseitigen Schichtstapels im Bereich von 50 bis 150 nm liegt.
5. Solarzellen- Halbzeug, aufweisend ein Substrat (1 ), eine auf dem Substrat (1 ) angeordnete Tunneloxid-Schicht (2) und einen darauf angeordneten, rückseitigen Schichtstapel, der mindestens zwei Phosphor-dotierte, amorphe Silizium-Schichten (3,5,6), deren jeweiliger Phosphor-Gehalt sich voneinander unterscheiden, und eine sauerstoffreiche Barriereschicht (4) aufweist, die zwischen den mindestens zwei Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten (3,5,6) angeordnet ist, so dass ein Dotierprofil mit zumindest zwei Dotierstufen ausgebildet ist, wobei innerhalb jeder der zumindest zwei Dotierstufen der Phosphor- Gehalt entlang einer Schichtdicke der jeweiligen Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schichten (3,5,6) im Wesentlichen konstant ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte a) Bereitstellen eines Substrats (1 ), b) Erzeugen einer Tunneloxid-Schicht (2), c) Abscheiden einer Phosphor-dotierten Silizium-Schicht (3) auf einer Rückseite des Substrats (1 ) unter Verwendung eines ersten Phosphin-Partialdrucks, d) Abscheiden einer Barriereschicht (4) unter Verwendung von Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Moleküls auf der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht (3), e) Abscheiden einer Phosphor-dotierten, amorphen Silizium-Schicht (5) auf der Barriereschicht (4) unter Verwendung eines weiteren Phosphin-Partialdrucks, der verschieden zu dem ersten Phosphin- Partialdruck ist, und f) Aussetzen des Substrats samt rückseitigem Schichtstapel zu einer Temperatur im Bereich von 800 bis 950°C.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c) und e) unter Verwendung von SiH4, H? und PH3 durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) unter Verwendung von SiH4, H2 und einem sauerstoffhaltigen Gas durchgeführt wird, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus N2O, CO2, NO2, NO und/oder CO.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) weiterhin unter Verwendung von PH3, durchgeführt wird, wobei eine in dem Schritt d) verwendete Menge an PH3 geringer ist als eine jeweils in den Schritten c) und e) verwendete Menge an PH3.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) folgende Teilschritte aufweist: c1 ) Abscheiden der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht (3) auf dem Substrat (1 ) während einer vorbestimmten ersten Zeitdauer und/oder bis eine vorbestimmte erste Schichtdicke erreicht wird, c2) Aussetzen des Substrats (1 ) und der Phosphor-dotierten Silizium- Schicht (3) zu einem Plasma unter Verwendung eines unbeschichtenden Prozessgases während einer vorbestimmten zweiten Zeitdauer oder Unterbrechen des Plasmas für ca. 10 - 60 Sek., c3) Fortsetzen des Abscheidens der Phosphor-dotierten Silizium- Schicht (3) auf dem Substrat (1 ) während einer vorbestimmten dritten Zeitdauer und/oder bis eine vorbestimmte zweite Schichtdicke der Phosphor-dotierten Silizium-Schicht (3) erreicht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten b) bis e) die Abscheidetemperatur 300 bis 500 °C, bevorzugt 450 °C beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass es in einer PECVD- oder LPCVD-Anlage durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) ein Bereitstellen einer Vielzahl von Substraten (1 ) aufweist, die in einem Waferboot angeordnet sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte d) und e) nacheinander alternierend wiederholt werden, wobei der Phosphin-Partialdruck mit steigender Anzahl des wiederholten Schritts e) zunimmt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Phosphor-Gehalt der in dem Schritt c) und e) abgeschiedenen Phosphor-dotierten Silizium-Schichten (3,5,6) mit steigendem Abstand zu dem Substrat (1 ) zunimmt.
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