RU2185688C2 - Солнечный элемент с небольшим затенением и способ его изготовления - Google Patents

Солнечный элемент с небольшим затенением и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2185688C2
RU2185688C2 RU99114608/28A RU99114608A RU2185688C2 RU 2185688 C2 RU2185688 C2 RU 2185688C2 RU 99114608/28 A RU99114608/28 A RU 99114608/28A RU 99114608 A RU99114608 A RU 99114608A RU 2185688 C2 RU2185688 C2 RU 2185688C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
solar cell
silicon substrate
contact
planes
Prior art date
Application number
RU99114608/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99114608A (ru
Inventor
Артур ЭНДРЕС (DE)
Артур ЭНДРЕС
Original Assignee
Сименс Солар Гмбх
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 Сименс Солар Гмбх filed Critical Сименс Солар Гмбх
Publication of RU99114608A publication Critical patent/RU99114608A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2185688C2 publication Critical patent/RU2185688C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • 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
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H01L31/022458—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells for emitter wrap-through [EWT] type solar cells, e.g. interdigitated emitter-base back-contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • 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
    • H01L31/0682—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 back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction 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
    • 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

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к гелеоэнергетике. Технический результат изобретения заключается в создании простого и экономичного солнечного элемента с коэффициентом полезного действия свыше 20%. Сущность: предложено использовать кремниевую подложку с ориентацией (110), все контакты располагать на обратной стороне и электрическое присоединение лицевой стороны осуществлять посредством сильнолегированных пазов сквозь подложку. Пазы выполнены кристаллоориентированным травлением и ориентированы в подложке параллельно плоскостям (111). 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

Небольшое затенение может быть реализовано, например, в солнечном элементе, у которого как n-контакты, так и р-контакты находятся на обратной стороне. Таким образом лицевая сторона не затеняется никаким контактом и потому имеется в неограниченном распоряжении для облучения светом.
Солнечный элемент без металлизации лицевой стороны известен, например, из R. A.Sinton, P.J.Verlinden, R.A.Crane, R.M.Swanson, С.Tilford, J.Perkins and K.Garrison "Large-Area 21% Efficient Si Solar Cells", Proc. of the 23-rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Louisville, 1993, стр. 157-161. Для их изготовления за несколько операций маскирования рядом образует по-разному легированные области и металлизируют или контактируют их посредством нанесения сверху многослойной металлической структуры. Нанесение металлических структур осуществляют при этом тонкопленочным методом.
Недостаток при этом в том, что способ требует нескольких операций маскирования и за счет этого является дорогим. Кроме того, все носители зарядов должны попадать в результате диффузии к обратной стороне солнечного элемента, причем повышается вероятность рекомбинации носителей зарядов, которая также снижает КПД фокусирования солнечного элемента.
Другая концепция солнечного элемента без металлизации лицевой стороны известна из статьи "Emitter Wrap-Through Solar Cell", James M. Gee et al в докладе на 23-rd Photovoltaic Specialists Conference 1993, Louisville, стр. 265-270. Описанный в нем солнечный элемент имеет расположенный вблизи лицевой стороны эмиттерный слой с примыкающим к нему p-n-переходом. Просверленные лазером и металлизированные контактные отверстия соединяют эмиттерный слой с расположенными на обратной стороне металлизированными контактами. Контакты обратной стороны расположены встречно-гребенчато по отношению к "контактам лицевой стороны" также на обратной стороне. Недостатком этого солнечного элемента является большое число просверливаемых лазером контактных отверстий; для солнечного элемента с типичным размером 100 см2 и типичным расстоянием 1 мм между отверстиями требуется около 10000 контактных отверстий. Это снижает производительность при автоматизированном производстве. Дополнительно контактные отверстия и соответствующие им, расположенные на обратной стороне контакты необходимо юстировать по отношению друг к другу. Кроме того, в просверленных лазером контактных отверстиях могут произойти нежелательные структурные превращения в кремнии, что может создать дополнительные центры рекомбинации для пар носителей зарядов, дополнительно снижающие КПД фокусирования. Меньшая механическая прочность может привести у солнечных элементов к их разрушению.
Из патента США 5067985 известен солнечный элемент со встречно-гребенчатыми задними контактами и углублениями на лицевой стороне. Углубления легированы так, что в направлении объемного полупроводника образуется p-n-переход. Эти углубления называются углублениями для захвата энергии и служат для повышения возможности поглощения, даже при многократном отражении внутри одного углубления. Подложка представляет собой полупроводниковую пластину (110), а углубления ограничены плоскостями (111) или эквивалентными плоскостями. В соответствии с указанной целью улучшения захвата излучения все углубления открыты к лицевой стороне.
Задачей настоящего изобретения является создание солнечного элемента без затеняющих контактов лицевой стороны, который был бы прост и экономичен в изготовлении, а также отвечал бы другим требованиям к высокопроизводительному солнечному элементу.
Эта задача решается согласно изобретению посредством солнечного элемента согласно п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты изобретения, а также способ изготовления приведены в остальных пунктах формулы изобретения.
Солнечный элемент согласно изобретению выполнен из кристаллической кремниевой подложки с ориентацией (110). Этот материал обладает тем преимуществом, что он имеет ориентированные перпендикулярно поверхности (110) плоскости (111). Посредством ориентированного по кристаллической структуре анизотропного травления можно выполнять углубления, отверстия или проемы с высоким аспектным соотношением и двумя вертикальными боковыми стенками в подложке (110). Солнечный элемент согласно изобретению имеет множество ориентированных параллельно плоскостям (111) продолговатых пазов, которые проходят по всей толщине кремниевой подложки или прорезают ее. Внутренние поверхности пазов высоколегированы в соответствии с типом проводимости выполненного по меньшей мере на лицевой стороне, плоского эмиттерного слоя. На обратной стороне солнечного элемента находится первое решетчатое контактное поле для электрического присоединения материала подложки. Встречно-гребенчато по отношению к нему на обратной стороне расположено второе решетчатое контактное поле, которое по меньшей мере частично перекрывает пазы и обеспечивает таким образом электрическое присоединение эмиттерного слоя.
Лицевая сторона солнечного элемента, согласно изобретению за исключением пазов, не нарушена и имеет высококачественную поверхность, обеспечивающую хорошее пассивирование и эффективный просветляющий слой. Благодаря возможности хорошего анизотропного травления кремния с ориентацией (110) в кремниевой подложке могут быть выполнены пазы с высокими аспектными соотношениями, например 1: 600. Таким образом удается минимизировать величину пазов и тем самым поверхностные потери. Выполненные анизотропным травлением в кремнии (110) пазы имеют боковые стенки, состоящие из плоскостей (111). Две эти плоскости расположены перпендикулярно поверхности подложки, тогда как обе "узкие стороны" проходят через подложку наклонно. При травлении с обратной стороны кремниевой подложки сечение пазов уменьшается, следовательно, к лицевой стороне, так что за счет этого дополнительно уменьшаются поверхностные потери благодаря пазам на лицевой стороне. Продолговатость пазов облегчает юстировку второго контактного поля, которое перекрывает пазы обратной стороны.
В пазах кремниевая подложка сильно легирована. Этим создаются обладающие достаточной электропроводностью цепи тока, которые соединяют лицевую сторону солнечного элемента с обратной стороной, например, с нанесенным на нее контактным полем. За счет достаточно плотного поля пазов и относительно небольшой толщины подложки цепи тока остаются для собравшихся на лицевой стороне носителей зарядов короткими. Таким образом, невелико также последовательное сопротивление солнечного элемента и возможен высокий коэффициент заполнения.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения в качестве подложки используют так называемую трикристаллическую полупроводниковую пластину, известную, например, из статьи G.Martinelli in Solid State Phenomena Vol. 32 to 33, 1993, стр. 21-26. Такая полупроводниковая пластина имеет три наклоненные друг к другу монокристаллические зоны с ориентацией (110) каждая. Пограничные поверхности между монокристаллическими зонами проходят радиально к середине пластины, так что монокристаллические зоны образуют круговые секторы трикристаллической полупроводниковой пластины. Две из трех пограничных поверхностей являются при этом двойниковыми границами зерен первого порядка на плоскостях (111), которые особенно малодефектны.
Изготовленный из такой трикристаллической полупроводниковой пластины солнечный элемент согласно изобретению обладает тем преимуществом, что механическая стабильность полупроводниковой пластины и тем самым солнечного элемента по сравнению с монокристаллической подложкой резко повышена.
Таким образом можно уменьшить толщину подложки до значений 30-70 мкм без необходимости принятия во внимание повышенной опасности разрушения при обработке. Для изобретения трикристаллическая полупроводниковая пластина особенно пригодна, поскольку она имеет поверхности исключительно с ориентацией (110) или впервые дает достаточную возможность использовать кремниевые подложки с ориентацией (110). Вытягивать кристаллы для монокристаллических стержней с ориентацией (110) значительно сложнее, чем для обычных кремниевых стержней с ориентацией (100), поскольку быстрее происходит скольжение кристаллов по плоскостям спайности и быстрее возникают дефекты структуры, приводящие к преждевременному прекращению процесса выращивания. Вытягивание трикристалла, напротив, протекает в 2-3 раза быстрее, чем у кремниевых стержней с ориентацией (110). На конце стержня не требуется конуса. Процесс можно поэтому осуществлять квазинепрерывно и без дислокации. Тигель можно использовать до десяти раз.
Солнечный элемент с более тонкой кремниевой подложкой обладает наряду с экономией материала еще и дополнительными техническими преимуществами. Требование к высокопроизводительному солнечному элементу, заключающееся в том, чтобы длина диффузии неосновных носителей зарядов была больше трехкратной толщины подложки, выполняется у более тонкой подложки уже за счет материала более низкого электронного качества. Более тонкая кремниевая подложка вызывает поэтому в солнечном элементе меньшие рекомбинационные потери, чем более толстая подложка.
Солнечный элемент с трикристаллической кремниевой подложкой достаточно стабилен также при большом числе прорезающих подложку пазов. Тем не менее предпочтительно, если проходящие параллельно плоскостям (111) пазы смещены по отношению друг к другу, так что в одной и той же плоскости (111) друг за другом не расположено несколько пазов, которые могли бы способствовать разрушению подложки параллельно граням кристалла за счет заданной "перфорации".
Первое и второе контактные поля на обратной стороне солнечного элемента наносят преимущественно в виде толстопленочных контактов и, в частности, в виде спекаемой проводящей пасты. Первое и второе контактные поля образуют встречно-гребенчатую структуру, у которой пальцеобразные контакты первого и второго полей входят друг в друга, как зубцы застежки-молнии. Каждое контактное поле включает в себя по меньшей мере одну шинную структуру, которая соединяет между собой все пальцеобразные контакты. Преимущественно одна из шинных структур расположена огибающей вблизи края обратной стороны солнечного элемента. Преимущественно площади первого и второго контактных полей приблизительно равны, поскольку для обоих типов носителей зарядов необходимо транспортировать одинаковые количества зарядов, и таким образом последовательное сопротивление минимизировано.
Способ изготовления солнечного элемента согласно изобретению более подробно поясняется с помощью примеров выполнения и соответствующих десяти фигур. Фигуры относятся при этом исключительно к примерам выполнения, и их не следует рассматривать как ограничивающие.
На фиг. 1-7 с помощью схематичных сечений подложки изображены различные этапы способа изготовления солнечного элемента.
На фиг.8 и 9 с помощью схематичных сечений подложки изображены различные этапы варианта способа.
На фиг.10 в перспективе при виде сверху на кремниевую подложку изображен паз.
На фиг. 11 при виде сверху изображена трикристаллическая полупроводниковая пластина.
На фиг.12 изображено возможное расположение первого и второго контактных полей на обратной стороне.
Отправной точкой способа согласно изобретению является p-легированная, например, (акцепторной примесью) кремниевая полупроводниковая пластина 1 с ориентацией (110). На первом этапе выполняют пазы или поле пазов. Для этого сначала на всю поверхность лицевой VS и обратной RS сторон по периметру наносят оксидный или нитридный слой 2. Фотолитографическим способом в этом оксидном или нитридном слое 2 определяют затем прямоугольные, соответствующие полю пазов отверстия 3 и осуществляют свободное травление. На фиг.1 этот этап способа изображен с помощью схематичного и не в масштабе сечения кремниевой подложки.
За счет кристаллоориентированного щелочного травления в соответствии с определяемым в маскирующем слое 2 полем отверстий 3 в подложке 1 выполняют пазы 4. На фиг.2 это состояние изображено после удаления маскирующего слоя 2.
Фиг.3: За счет осуществляемого по периметру легирования фосфором на всех поверхностях кремниевой подложки 1, включая пазы, получают плоский, n+-легированный эмиттерный слой 5, например, глубиной 0,3-2 мкм.
Фиг. 4: На следующем этапе по периметру на все поверхности наносят пассивирующий слой 6, например, оксидный или нитридный слой толщиной обычно 70 нм.
Фиг. 5: На следующем этапе на обратную сторону толстопленочным методом наносят электрические контакты. Для первого контактного поля 7 для этого рядом с пазами 4 на обратную сторону RS наносят, например, пальцеобразные контакты для контактирования материала подложки, т.е. для контактирования внутренней, p-легированной (акцепторной примесью) зоны подложки. Это может осуществляться, например, путем нанесения спекаемой и проводящей пасты для трафаретной печати, содержащей частицы серебра или алюминия. Паста содержит либо алюминий, либо другой, создающий p-легирование (акцепторной примесью) легирующий материал, например бор. Второе контактное поле 8 наносят по меньшей мере частично над пазами 4, например, путем нанесения проводящей пасты с содержанием серебра. Первое 7 и/или второе 8 контактные поля выполнены решетчатыми и включают в себя по меньшей мере по одной шинной структуре и отходящие от нее пальцеобразные контакты. Расположение обоих контактных полей на обратной стороне подложки осуществляют при этом так, чтобы пальцеобразные контакты входили друг в друга встречно-гребенчато и пространственно были отделены друг от друга. На фиг.5 изображено расположение по завершении этого этапа способа.
На фиг. 6: На следующем этапе контакты вжигают и спекают, причем пассивирующий слой 6 под контактными полями 7 и 8 легируют так, чтобы он был электропроводящим. Содержащийся в пасте для первого контактного поля 7 легирующий материал создает p+-легирование 9, которое сверхкомпенсирует эмиттерный слой 5 и создает омический контакт с лежащей внутри, p-легированной (акцепторной примесью) зоной подложки 1. Материал второго контактного поля 8 создает проводящее соединение с n+-легированной зоной 5, т.е. эмиттерным слоем.
Фиг.7: С помощью первого 7 и второго 8 контактных полей в качестве самоюстирующейся маски на следующем этапе можно, при необходимости, разделить p-n-переход между первым и вторым контактными полями, например, посредством плазменного травления, причем между первым и вторым контактными полями образуются углубления 13. Если p+-легирование 9, которое представляет собой одновременно back surface field (BSF) (поле обратной стороны), препятствует проводящему соединению контактного поля 7 с эмиттерным слоем, плазменного травления не требуется.
Фиг.8: В одном варианте способа (следующем за этапом на фиг.4) пассивирующий слой 6 и эмиттерный слой 5 удаляют lift-off-способом, например посредством кратковременного плазменного травления, в зоне 14, предусмотренной для размещения первого контактного поля. Она поэтому немного больше, чем первое контактное поле.
Фиг.9: Затем первое 7 и второе 8 контактные поля наносят, например, посредством печати и при необходимости вжигают. Первое контактное поле может содержать при этом легирование, подходящее для создания BSF.
Можно однако вслед за изображенным на фиг.4 состоянием нанести сначала второе контактное поле 8 и использовать в качестве маски для lift-off-способа удаления пассивирующего 6 и эмиттерного 5 слоев, причем в зонах 14 образуются соответствующие и доходящие до материала подложки выемки. В этих выемках размещают затем первое контактное поле 7. В этом варианте предпочтительно образовать второе контактное поле 8 большей площади, чем первое контактное поле 7 с тем, чтобы получить максимальную площадь эмиттера lift-off-способом.
В любом случае нанесение первого 7 и второго 8 контактных полей осуществляют так, чтобы оба не перекрывали друг друга и были электрически отделены друг от друга.
На фиг.10 в перспективе изображена обратная сторона кремниевой подложки 1 с одним из пазов 4. Она имеет две противоположные вертикальные стенки 11, соответствующие плоскостям (111) в подложке. Узкие стороны пазов 4, напротив, ограничены проходящими наискось к ним гранями 12 кристалла, также соответствующими плоскостям (111). При определении поля пазов в маскирующем слое 2 в начале способа обращают внимание на то, чтобы продольная ось пазов была расположена параллельно вертикальным плоскостям (111). Длину l и ширину b пазов (на обратной стороне) выбирают так, чтобы при кристаллоориентированном травлении было выполнено именно одно прорезающее подложку 1 отверстие. Ширину b пазов устанавливают 5-50 мкм; она составляет, например, 15-20 мкм. Длина l пазов зависит от толщины кремниевой подложки 1. Преимущественно длину l выбирают так, чтобы воображаемая точка пересечения поверхностей 12, ограничивающих узкие стороны паза, была расположена вплотную над лицевой стороной VS кремниевой подложки 1. Таким образом получают рассматриваемый с лицевой стороной VS подложки 1 паз, "длина" которого соответствует b, а "ширина" минимизирована параллельно длине l паза.
На фиг.11 изображена трикристаллическая полупроводниковая пластина, используемая преимущественно в качестве подложки для солнечного элемента согласно изобретению. Она имеет три монокристаллические зоны M1, М2, М3 с ориентацией (110), которые однако наклонены друг к другу. На черетеже трикристаллическая полупроводниковая пластина расположена так, что между монокристаллическими зонами M1 и М2 возникает двойниковая граница KG12 зерен первого порядка с плоскостями (111) в качестве ограничивающих зерна граней кристалла. Также граница KG13 зерен между M1 и М3 является двойниковой границей зерен первого порядка с ограничивающими плоскостями (111) кристалла. Оптимально выросший трикристалл с двумя двойниковыми границами зерен первого порядка имеет идеальные внутренние углы между различными монокристаллическими зонами, составляющие для W1 ровно 109,47o, а для W2 и W3 ровно 125,26o. Однако и отличающиеся от них внутренние углы приводят к стабильной трикристаллической полупроводниковой пластине. Она может быть получена вырезанием из соответствующих трикристаллических стержней, причем вплоть до толщин пластины 30 мкм обеспечено надежное манипулирование соответствующей пластиной без повышенной опасности разрушения. Предпочтительные толщины пластины для солнечного элемента лежат, например, в пределах 60-150 мкм.
На фиг.11 изображен пример выполнения для расположения первого и второго контактных полей на обратной стороне трикристаллической полупроводниковой пластины. В соответствии с изображенной на фиг.9 ориентацией оба нижних луча образованной границами зерен "звезды" образуют двойниковые границы зерен первого порядка. Преимущественно пазы в трикристаллической полупроводниковой пластине располагают так, что их длина 1 ориентирована параллельно двойниковой границе зерен первого порядка. Преимущественно пазы ориентированы параллельно той двойниковой границе зерен первого порядка, которая лежит ближе всего к пазу. В соответствии с изображенным на фиг.9 расположением трикристаллической полупроводниковой пластины поле пазов ориентируют в первой ее половине слева от воображаемой оси А параллельно границе KG13 зерен, а в лежащей справа от оси А половине пластины - параллельно границе KG12 зерен. Пазы расположены преимущественно со смещением по отношению друг к другу, так что расположенные рядом в одном ряду пазы не попадают в одну и ту же плоскость (111). Они преимущественно смещены по отношению друг к другу более чем на одну целую ширину паза.
Соответствующее ему второе контактное поле 8, перекрывающее все пазы, изображено в качестве примера на фиг.12. Первое контактное поле 7 имеет шинную структуру, расположенную огибающей вблизи края подложки. Отходящие от нее контактные пальцы направлены наискось к центральной оси подложки. Второе контактное поле 8, напротив, имеет центральную шинную структуру, расположенную, например, параллельно изображенной на фиг.9 оси А. Отходящие от нее пальцеобразные контакты расположены встречно-гребенчато первой контактной структуре 7, не касаясь ее. Геометрическое ориентирование второго контактного поля 8 выбрано в примере выполнения так, что контактные пальцы ориентированы параллельно длине 1 пазов и перекрывают их поэтому по длине. Первое контактное поле 1 не перекрывает ни один из пазов. Можно, однако, поменять местами соответствие контактных полей p и n-легированным соответственно (акцепторной и донорной примесями) областям солнечного элемента, так, чтобы, например, контактное поле с огибающей шинной структурой перекрывало пазы и поэтому контактировало с n-легированными (донорной примесью) областями, а контактное поле с центральной шинной структурой служило для контактирования с p-легированным (акцепторной примесью) материалом подложки.
Ширину пальцеобразных контактов первого и второго контактных полей устанавливают, например, примерно 300 мкм. Такое контактное поле изготовляется надежно и с возможностью воспроизведения обычной техникой трафаретной печати. Возможны, однако, и гораздо более широкие или узкие пальцеобразные контакты. В соответствии с расстоянием между пазами пальцеобразные контакты контактного поля удалены друг от друга примерно на 3 мм.
После этого на пассивирующий слой 6 могут быть нанесены еще один или несколько просветляющих слоев подходящей толщины, например, дополнительные оксидные, нитридные слои или слои диоксида титана.
Изготовленный таким образом солнечный элемент согласно изобретению обладает всеми предпосылками, необходимыми для достижения КПД фокусирования свыше 20 процентов. Требованию, заключающемуся в том, чтобы длина диффузии для неосновных носителей зарядов была больше трехкратной толщины кремниевой подложки, отвечает солнечный элемент согласно изобретению уже с экономичными кристаллами кремния, выращенными методом Чохральского, у которого длина L диффузии превышает толщину d подложки в 1,5 раза (при d=60 мкм, L≥120 мкм). Высокое качество поверхности, выражающееся в низкой скорости S поверхностной рекомбинации, может быть простым образом надежно достигнуто как на лицевой, так и на обратной сторонах с помощью пассивирующих слоев. Над эмиттером высокое качество поверхности S<1000 см/с устанавливается с помощью оксидного пассивирования. Для качества обратной стороны требуется скорость поверхностной рекомбинации S<100 см/с, которая достигается у солнечного элемента согласно изобретению даже без дополнительных мер. Требованию к потерям от затенения менее 4 процентов также в сверхвысокой степени отвечает солнечный элемент согласно изобретению, поскольку он практически не имеет затенения. Низкие требуемые значения отражения < 4 процентов получают с помощью стандартных просветляющих покрытий. Также благодаря изобретению достигается коэффициент заполнения по меньшей мере 80 процентов.
Другое преимущество солнечных элементов с нанесенными исключительно на обратную сторону контактами состоит в облегчении машинного монтажа различных солнечных элементов в один модуль, поскольку для припаивания соответствующих соединений не требуется больше вводов на лицевой стороне. Это упрощает способ монтажа и повышает надежность способа. Солнечные элементы согласно изобретению имеют поэтому возможность промышленного изготовления полностью автоматически.

Claims (12)

1. Солнечный элемент, содержащий кристаллическую кремниевую подложку (1), имеющую на лицевой (VS) и обратной (RS) сторонах кристаллографические плоскости (110), плоский легированный эмиттерный слой (5) по меньшей мере на лицевой стороне (VS), множество ориентированных параллельно кристаллографическим плоскостям (111) продолговатых пазов (4), проходящих по всей толщине кремниевой подложки, сильное легирование в пазах, соответствующее типу проводимости эмиттерного слоя, первое решетчатое контактное поле (7) на обратной стороне для электрического присоединения материала подложки, второе решетчатое контактное поле (8) на обратной стороне для электрического присоединения эмиттерного слоя, причем второе контактное поле (8) по меньшей мере частично перекрывает пазы (4) и причем пазы (4) выполнены с обратной стороны (RS) посредством кристаллографического анизотропного травления, так что в пазах плоскости (111) (11, 12) служат ограничивающими поверхностями, причем пазы выполнены суженными в направлении лицевой стороны (VS) солнечного элемента посредством двух стенок (12), проходящих наклонно к поверхности солнечного элемента.
2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что кремниевая подложка (1) включает в себя трикристаллическую полупроводниковую пластину, имеющую три наклонные друг к другу монокристаллические зоны с ориентацией (110) каждая, взаимные пограничные поверхности (KGn, n+1) которых проходят радиально и образуют круговые секторы трикристаллической полупроводниковой пластины, причем две пограничные поверхности образуют двойниковые границы зерен первого порядка на плоскостях (111).
3. Элемент по одному из п. 1 или 2, отличающийся тем, что первое и второе контактные поля (7, 8) включают в себя выполненные посредством печати толстопленочные контакты.
4. Элемент по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что пазы (4) равномерно распределены по поверхности солнечного элемента и имеют ширину 5-50 мкм.
5. Элемент по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что пазы (4) проходят параллельно плоскостям (111), однако смещены по отношению друг к другу.
6. Элемент по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что первое и второе контактные поля (7, 8) включают в себя пальцеобразные, входящие друг в друга взаимно-гребенчато контакты и соответственно по меньшей мере одну шинную структуру, которая соответственно соединяет между собой все пальцеобразные контакты, причем одна из шинных структур (7) расположена на обратной стороне (RS) снаружи вблизи края солнечного элемента, огибая его.
7. Способ изготовления солнечного элемента с расположенными на обратной стороне (RS) контактами лицевой стороны по п. 1, при котором используют кристаллическую кремниевую подложку (1) с ориентацией (110), с обратной стороны посредством щелочного, кристаллоориентированного и маскирующего травления в кремниевой подложке (1) параллельно плоскостям (111) выполняют множество проходящих по всей толщине кремниевой подложки пазов (4), посредством диффузии легирующего материала образуют плоский эмиттерный слой (5), на обратной стороне (RS) посредством нанесения и вжигания проводящей пасты образуют первое и второе контактные поля (7, 8), причем второе контактное поле (8) располагают с перекрытием пазов (4).
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что диффузия легирующего материала происходит по периметру, легирование эмиттерного слоя (5) в зоне первого контактного поля (7) сверхкомпенсируют посредством легирования пасты при вжигании и эмиттерный слой (5) разделяют на обратной стороне между первым и вторым контактными полями.
9. Способ по п. 7 или 8, отличающийся тем, что травление пазов (4) осуществляют с помощью фотолитографически структурированной травильной маски (2) из нитрида или оксида.
10. Способ по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что травление пазов (4) осуществляют с контролем по времени и заканчивают в момент возникновения отверстия, проходящего через кремниевую подложку (1).
11. Способ по одному из пп. 7-10, отличающийся тем, что длину пазов (4) выбирают в зависимости от толщины кремниевой подложки (1) так, что воображаемая точка пересечения обеих плоскостей (111) (12), проходящих наклонно к поверхности кремниевой подложки и ограничивающих паз, расположена вне кремниевой подложки над лицевой стороной (VS).
12. Способ по одному из пп. 7-11, при котором эмиттерный слой (5) разделяют на обратной стороне (RS) между первым и вторым контактными полями посредством маскирующего травления, причем контактные поля (7, 8) используют в качестве маски.
RU99114608/28A 1996-12-03 1997-11-19 Солнечный элемент с небольшим затенением и способ его изготовления RU2185688C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19650111A DE19650111B4 (de) 1996-12-03 1996-12-03 Solarzelle mit geringer Abschattung und Verfahren zur Herstellung
DE19650111.3 1996-12-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99114608A RU99114608A (ru) 2001-05-20
RU2185688C2 true RU2185688C2 (ru) 2002-07-20

Family

ID=7813503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99114608/28A RU2185688C2 (ru) 1996-12-03 1997-11-19 Солнечный элемент с небольшим затенением и способ его изготовления

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6143976A (ru)
EP (1) EP0948820B1 (ru)
JP (1) JP3924327B2 (ru)
AU (1) AU718786B2 (ru)
DE (2) DE19650111B4 (ru)
ES (1) ES2186011T3 (ru)
RU (1) RU2185688C2 (ru)
WO (1) WO1998025312A1 (ru)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045249A1 (de) * 2000-09-13 2002-04-04 Siemens Ag Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen des Bauelements
AUPR174800A0 (en) 2000-11-29 2000-12-21 Australian National University, The Semiconductor processing
JP4726354B2 (ja) * 2001-08-22 2011-07-20 東洋アルミニウム株式会社 ペースト組成物およびそれを用いた太陽電池
KR20040068928A (ko) 2001-11-29 2004-08-02 오리진 에너지 솔라 피티와이 리미티드 반도체 가공 방법
WO2003049201A1 (en) * 2001-12-04 2003-06-12 Origin Energy Solar Pty Ltd Method of making thin silicon sheets for solar cells
US7152289B2 (en) * 2002-09-25 2006-12-26 Intel Corporation Method for forming bulk resonators silicon <110> substrate
US7649141B2 (en) * 2003-06-30 2010-01-19 Advent Solar, Inc. Emitter wrap-through back contact solar cells on thin silicon wafers
JP4121928B2 (ja) * 2003-10-08 2008-07-23 シャープ株式会社 太陽電池の製造方法
US7335555B2 (en) * 2004-02-05 2008-02-26 Advent Solar, Inc. Buried-contact solar cells with self-doping contacts
US7144751B2 (en) * 2004-02-05 2006-12-05 Advent Solar, Inc. Back-contact solar cells and methods for fabrication
US20050172996A1 (en) 2004-02-05 2005-08-11 Advent Solar, Inc. Contact fabrication of emitter wrap-through back contact silicon solar cells
US20060060238A1 (en) * 2004-02-05 2006-03-23 Advent Solar, Inc. Process and fabrication methods for emitter wrap through back contact solar cells
US7101789B2 (en) * 2004-09-13 2006-09-05 General Electric Company Method of wet etching vias and articles formed thereby
DE102004050269A1 (de) * 2004-10-14 2006-04-20 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Verfahren zur Kontakttrennung elektrisch leitfähiger Schichten auf rückkontaktierten Solarzellen und Solarzelle
US20060130891A1 (en) * 2004-10-29 2006-06-22 Carlson David E Back-contact photovoltaic cells
WO2007004631A1 (ja) * 2005-07-04 2007-01-11 Tohoku University 粒界性格制御多結晶の作製方法
KR101212198B1 (ko) * 2006-04-06 2012-12-13 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지
EP1993142A1 (de) * 2007-05-14 2008-11-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Reflektiv beschichtetes Halbleiterbauelement, Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung
US8309844B2 (en) 2007-08-29 2012-11-13 Ferro Corporation Thick film pastes for fire through applications in solar cells
EP2068369A1 (en) 2007-12-03 2009-06-10 Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) Photovoltaic cells having metal wrap through and improved passivation
ES2402779T3 (es) * 2007-12-14 2013-05-08 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Célula solar de película delgada y procedimiento para su fabricación
KR100953618B1 (ko) * 2008-01-11 2010-04-20 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지
KR100927725B1 (ko) * 2008-01-25 2009-11-18 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN101926009B (zh) * 2008-01-25 2012-01-25 应用材料股份有限公司 自动化太阳能电池电连接设备
US20090239363A1 (en) * 2008-03-24 2009-09-24 Honeywell International, Inc. Methods for forming doped regions in semiconductor substrates using non-contact printing processes and dopant-comprising inks for forming such doped regions using non-contact printing processes
CA2724383A1 (en) * 2008-06-04 2009-12-10 Solexant Corp. Thin film solar cells with monolithic integration and backside contact
KR100997113B1 (ko) * 2008-08-01 2010-11-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 그의 제조방법
US20100035422A1 (en) * 2008-08-06 2010-02-11 Honeywell International, Inc. Methods for forming doped regions in a semiconductor material
US8053867B2 (en) * 2008-08-20 2011-11-08 Honeywell International Inc. Phosphorous-comprising dopants and methods for forming phosphorous-doped regions in semiconductor substrates using phosphorous-comprising dopants
US7951696B2 (en) * 2008-09-30 2011-05-31 Honeywell International Inc. Methods for simultaneously forming N-type and P-type doped regions using non-contact printing processes
US8518170B2 (en) * 2008-12-29 2013-08-27 Honeywell International Inc. Boron-comprising inks for forming boron-doped regions in semiconductor substrates using non-contact printing processes and methods for fabricating such boron-comprising inks
JP2012521662A (ja) * 2009-03-26 2012-09-13 ビーピー・コーポレーション・ノース・アメリカ・インコーポレーテッド 熱拡散ドープ領域中にレーザー焼成コンタクトを有する太陽電池セルのための装置及び方法
EP2421026A4 (en) * 2009-04-15 2017-11-29 Huilong Zhu Substrate structure for semiconductor device fabrication and method for fabricating the same
US8324089B2 (en) * 2009-07-23 2012-12-04 Honeywell International Inc. Compositions for forming doped regions in semiconductor substrates, methods for fabricating such compositions, and methods for forming doped regions using such compositions
US20110048505A1 (en) * 2009-08-27 2011-03-03 Gabriela Bunea Module Level Solution to Solar Cell Polarization Using an Encapsulant with Opened UV Transmission Curve
US8377738B2 (en) 2010-07-01 2013-02-19 Sunpower Corporation Fabrication of solar cells with counter doping prevention
NL2006932C2 (en) 2011-06-14 2012-12-17 Stichting Energie Photovoltaic cell.
US8629294B2 (en) 2011-08-25 2014-01-14 Honeywell International Inc. Borate esters, boron-comprising dopants, and methods of fabricating boron-comprising dopants
US8975170B2 (en) 2011-10-24 2015-03-10 Honeywell International Inc. Dopant ink compositions for forming doped regions in semiconductor substrates, and methods for fabricating dopant ink compositions
US9812590B2 (en) 2012-10-25 2017-11-07 Sunpower Corporation Bifacial solar cell module with backside reflector
US9035172B2 (en) 2012-11-26 2015-05-19 Sunpower Corporation Crack resistant solar cell modules
US8796061B2 (en) 2012-12-21 2014-08-05 Sunpower Corporation Module assembly for thin solar cells
US9685571B2 (en) 2013-08-14 2017-06-20 Sunpower Corporation Solar cell module with high electric susceptibility layer
JP6338990B2 (ja) 2014-09-19 2018-06-06 株式会社東芝 多接合型太陽電池

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4838952A (en) * 1988-04-29 1989-06-13 Spectrolab, Inc. Controlled reflectance solar cell
US5067985A (en) * 1990-06-08 1991-11-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Back-contact vertical-junction solar cell and method
US5468652A (en) * 1993-07-14 1995-11-21 Sandia Corporation Method of making a back contacted solar cell
DE4343296C2 (de) * 1993-12-17 1996-09-12 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Siliziumhalbleiterscheibe mit drei gegeneinander verkippten kreissektorförmigen monokristallinen Bereichen und seine Verwendung

Also Published As

Publication number Publication date
AU718786B2 (en) 2000-04-20
EP0948820B1 (de) 2002-10-16
AU5323198A (en) 1998-06-29
WO1998025312A1 (de) 1998-06-11
EP0948820A1 (de) 1999-10-13
DE19650111B4 (de) 2004-07-01
DE19650111A1 (de) 1998-06-04
JP2001504996A (ja) 2001-04-10
US6143976A (en) 2000-11-07
JP3924327B2 (ja) 2007-06-06
ES2186011T3 (es) 2003-05-01
DE59708512D1 (de) 2002-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2185688C2 (ru) Солнечный элемент с небольшим затенением и способ его изготовления
US9608131B2 (en) Solar cell having doped semiconductor heterojunction contacts
US5468652A (en) Method of making a back contacted solar cell
US3969746A (en) Vertical multijunction solar cell
US7339110B1 (en) Solar cell and method of manufacture
JP6059173B2 (ja) 太陽電池
EP3170209B1 (en) Solar cell with interdigitated back contact
US4131984A (en) Method of making a high-intensity solid-state solar cell
US6559479B1 (en) Thin-film solar array system and method for producing the same
US6333457B1 (en) Edge passivated silicon solar/photo cell and method of manufacture
US7964431B2 (en) Method to make electrical contact to a bonded face of a photovoltaic cell
EP3327793B1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
JP2008243830A (ja) シリコン薄膜，集積化された太陽電池，モジュール，及びその製造方法
JPH0661515A (ja) 太陽電池及びその製造方法
WO2018075295A1 (en) Cascaded photovoltaic structures with interdigitated back contacts
US5103851A (en) Solar battery and method of manufacturing the same
JPH0797653B2 (ja) 光電変換素子
TW201440235A (zh) 具有加強射極層之背接面太陽能電池
KR102018650B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
JP3026903B2 (ja) 光電変換装置
JP5645734B2 (ja) 太陽電池素子
JPH11135812A (ja) 太陽電池素子の形成方法
JPH08274356A (ja) 太陽電池素子
KR20150061169A (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
KR101889774B1 (ko) 태양 전지

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20061120