WO1994010707A1 - Highly absorbent solar cell and production process - Google Patents

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WO1994010707A1
WO1994010707A1 PCT/DE1993/001046 DE9301046W WO9410707A1 WO 1994010707 A1 WO1994010707 A1 WO 1994010707A1 DE 9301046 W DE9301046 W DE 9301046W WO 9410707 A1 WO9410707 A1 WO 9410707A1
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substrate
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highly
highly absorbent
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Arthur ENDRÖS
Richard Einzinger
Wolfgang KRÜHLER
Andreas Schlachetzki
Hergo-Heinrich Wehmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • III-V compound semiconductors GaAs / GaSb
  • solar cells made of III-V compound semiconductors show the highest efficiencies of over 30 percent to date, they are currently neither large-scale nor sufficiently inexpensive to manufacture. Because of the direct band gap of the III-V semiconductors, approx. 50 n to 1 ⁇ m thick semiconductor layers are sufficient to absorb incident sunlight, but the mechanical stability of compound semiconductor layers can only be guaranteed from a layer thickness of a few 100 ⁇ m.
  • the use of solar cells from III-V compound semiconductors has therefore hitherto been limited to concentrator systems in which the sunlight is concentrated on small solar cell areas by means of optical systems.
  • Silicon solar cells are the technical problem that, because of the indirect band gap of crystalline silicon, layer thicknesses of approximately 100 ⁇ m are necessary in order to completely absorb the sunlight. As a result, the location at which charge carrier pairs are generated can be up to 100 ⁇ m far from the location of the
  • Carrier separation (p / n transition) must be removed. On this distance to be overcome by diffusion, impurities and lattice construction errors in the crystal lead to the recombination of charge carrier pairs and thus to a reduction in the efficiency of the solar cell.
  • the efficiency of c-Si solar cells is therefore heavily dependent on the purity and perfection of the silicon material. Depending on the material quality and manufacturing effort, top efficiencies of up to 24 percent are achieved today. With economically justifiable. So far, effortlessly manufactured c-Si solar cells have only achieved an efficiency of around 14 to 17 percent.
  • the problem of the present invention is therefore to increase the efficiency of solar cells in a cost-effective manner. Furthermore, a method for producing such solar cells is to be specified.
  • this problem is solved by a solar cell according to claim 1 and a method for producing this solar cell according to claim 10.
  • III-V semiconductors already show high absorption constants due to the direct band gap, it has now surprisingly been found that the layers grown by heteroepitaxy remove sunlight more than usual. sorb and absorption coefficients in the range of 5 x 10 " 4 to 2 x 10 ⁇ 5 cm"! ⁇ m have a wavelength range from 700 to 1000 nm. This means that a large part of the available solar spectrum, for example, is already absorbed in 50 nm thick indium phosphide layers. It is further surprising that the absorption edge known from III-V semiconductors in the long-wave range above 900 nm is not observed in the high-absorption layers according to the invention and that the absorption constant in the long-wave range only drops gently.
  • Inexpensive silicon can thus be used.
  • the relatively expensive III-V semiconductor is also required in a thin layer and is therefore significantly cheaper than known III-V solar cells.
  • the only thin compound semiconductor layers also cause fewer environmental problems.
  • the efficiency is improved.
  • single-crystalline silicon wafers are used as substrates, which were produced according to the Czochralski or the "floating zone" process.
  • the substrates should have a (100) orientation and, with a uniform orientation, can also be polycrystalline.
  • a smooth surface of the substrate is required, which should also be oxide-free.
  • gas phase epitaxy is preferred, for example a MOVPE method in which the components forming the compound semiconductor are provided in the form of vapors of organometallic compounds.
  • the highly absorbent layer can also be applied by means of molecular beam and liquid phase epitaxy.
  • the gas phase processes are cheaper and faster to carry out.
  • a process that is not in equilibrium can only be controlled with the gas phase epitaxy. In this way, non-ideal layers can also be produced, which is not possible with liquid phase epitaxy.
  • the mismatch of the crystal lattice of silicon and III-V compound semiconductors requires a buffer layer for heteroepitaxy, over which the epitaxial layer can grow in high quality.
  • the buffer layer is highly tensioned due to the mismatch, which is also believed to be the reason for its high absorption, which is up to three orders of magnitude higher than that of crystalline silicon. If a MOVPE method is used, the buffer layer can be grown, for example, at a first, lower temperature, while an ideal wax-up temperature is then maintained for the further, higher-order semiconductor layer, which is above the one mentioned above.
  • the pn semiconductor junction is preferably located in the silicon substrate as in a known solar cell.
  • the vast majority Part of the substrate body has weak doping of a first conductivity type, while an emitter layer heavily doped with dopants of the second conductivity type is formed as a thin layer and lies below the epitaxially grown layer.
  • the substrate is preferably p- and the emitter layer is n + -doped. This has the advantage that silicon atoms which diffuse into the compound semiconductor and produce an n-doping there need not be overcompensated by an increased addition of p-dopants.
  • the compound semiconductor layer is preferably grown p + -doped.
  • the highly absorbent layer is an intrinsic compound semiconductor layer which is free of dopants. This results in a lower density of foreign atoms, so that the service life of the minority charge carriers in the highly absorbent layer increases further.
  • the charge carriers generated by the incident light reach the neighboring p / n junction by diffusion over the silicon emitter layer, where they are finally separated.
  • the greatly reduced conductivity of the undoped compound semiconductor makes it necessary to change the current dissipation.
  • front contacts designed as finger electrodes can be formed directly on the emitter layer, which is subsequently exposed by etching corresponding openings in the highly absorbing layer.
  • the silicon substrate has a doping of the first conductivity type, while the highly absorbent layer has a high doping of the second conductivity type.
  • the pn junction of the solar cell therefore forms at the interface between the
  • the figures show four embodiments of the invention on the basis of schematic cross sections through solar cells according to the invention.
  • the silicon substrates are oriented in the (100) direction and have a thickness guaranteeing mechanical stability of, for example, 300 ⁇ m.
  • the substrates can be monocrystalline or polycrystalline, but because of the orientation they are preferably sawn from larger blocks that can be drawn or cast.
  • the p-doped wafers customary in microelectronics are preferably used. According to known methods, a highly doped emitter layer of the opposite conductivity type can be produced, for example, by plasma-assisted diffusion of dopants.
  • the substrates are freed of a superficial, natural oxide layer. This can be done by a tempering step at 950 ° C, with hydrogen, ASH3 or PH3 being selected as the tempering atmosphere. The most effective is an arsenic hydrogen environment.
  • the substrate now has the smooth and oxide-free surface required for epitaxy.
  • the crystalline quality and morphology of an indium phosphide layer deposited epitaxially on silicon depends not only on the pretreatment of the silicon substrate, but also strongly on the properties of the indium phosphide buffer layer initially deposited. This is necessary in order to avoid the growth problems of the epitaxial layer resulting from the lattice mismatch between indium phosphide or other III-V semiconductors.
  • the buffer layer is grown on the substrate at a temperature of approximately 400 ° C., which is ideal for epitaxy.
  • the starting materials for the organometallic gas phase epitaxy are gaseous phosphine and solid trimethyl indium, which is introduced into the reaction chamber with hydrogen as the carrier gas. In about 20 minutes, a typically 80 to 90 nm thick indi- umphosphide buffer layer is grown at the temperature.
  • a further highly ordered layer is allowed to grow over the buffer layer under ideal epitaxial conditions.
  • a temperature of, for example, 615 ° C. is selected, and, as in the present embodiment, a ratio by volume of the III: V components of 1: 112 is used. This results in a growth rate of approx.1.5 ⁇ m per hour.
  • III-V semiconductors with different compositions and doping can be epitaxially grown on the buffer layer without excessive lattice mismatch occurring during growth.
  • arsine for example, an InP x As ⁇ _ x semiconductor is obtained
  • silane silane
  • dimethyl zinc a p- Type doping can be generated in the epitaxial layer.
  • a (100) -oriented silicon substrate S has a doping of a first conductivity type (p or n).
  • a first conductivity type p or n
  • an indium phosphide buffer layer PS is applied over it, which receives a doping of the second conductivity type (n + by adding silane or p + with dimethyl zinc) during the growth by adding appropriate dopants.
  • n + by adding silane or p + with dimethyl zinc n + by adding silane or p + with dimethyl zinc
  • FIG. 2 shows a solar cell which has a substrate S of the first conductivity type, a narrow, highly doped zone of the second conductivity type (emitter layer ES) and a highly absorbent layer AS which is highly doped with dopants of the second conductivity type.
  • the growth of the absorber layer AS can take place as in the first example, as can the generation of the metallic finger contacts FK, the anti-reflective layer AR and the full-sided metallic back contact RK.
  • the emitter layer can be produced directly before the epitaxy process by a conventional diffusion process. Phosphorus or boron are driven in as dopants at 870 ° C. or at 1000 ° C. for a few minutes.
  • the emitter layer ES thereby has a thickness of less than 0.3 ⁇ m. Due to the spatial separation of the pn junction and the highly absorbent layer AS, the electrical properties of the pn junction can be optimized separately from the optical properties of the highly absorbent layer AS.
  • a thin, highly doped emitter layer ES is passed through in a substrate S having a doping of the first conductivity type
  • a highly absorbing layer AS is deposited in a highly pure manner by means of gas phase epitaxy without the addition of dopants. This results in a lower density of foreign atoms, the service life of the minority charge carriers in the high-absorption layer AS increasing.
  • the charge carriers generated by incident light then reach the emitter layer ES and the adjacent pn junction by diffusion, where they are finally separated.
  • the contacting of this solar cell is advantageously applied directly above the emitter layer ES, for which purpose the highly absorbent layer AS is removed at certain locations by means of mask technology and wet chemical etching, and the emitter layer ES is exposed there. Finally, an ohmic finger contact FK is applied to these points. anti- Reflection layer AR and back contact RK complete the arrangement.
  • a pn junction is produced in the substrate and a highly absorbent layer AS is deposited on top of it without the addition of dopants.
  • a combined mask / etching technique gaps are created in the highly absorbent layer AS and the emitter layer ES is exposed therein.
  • This can now serve as a seed for a subsequent epitaxial growth of a further silicon layer WS by means of gas phase epitaxy (for example MOVPE).
  • gas phase epitaxy for example MOVPE
  • the emitter layer ES is advantageously n + -conducting
  • an additional admixture of phosphine to the reaction gases can both prevent the evaporation of phosphorus from the highly absorbent layer and also for the desired n + - Doping of the epitaxial silicon layer.
  • a prerequisite for the epitaxial growth of a further silicon layer is that at least the upper layer region of the highly absorbing layer is again designed as a buffer layer.
  • the physical advantage of this structure is that the charge carrier pairs generated in the highly absorbent layer AS can now be derived on both sides of the layer. Minority charge carriers that additionally diffuse out can diffuse through the further epitaxially produced silicon layer and the gaps in the highly absorbent layer to the pn junction and are separated there.
  • the ohmic finger contacts FK are produced exactly over the gaps in the highly absorbent layer AS on the further epitaxial silicon layer WS and thus ensure one lower series resistance of the solar cell.
  • a finally applied antireflection layer AR serves as optical adaptation and protection of the further epitaxial layer, while the back contact RK completes the solar cell.
  • III-V compound semiconductor can also be selected for the highly absorbent layer AS and deposited epitaxially on the crystalline silicon (S, ES).

Abstract

A highly absorbent solar cell has a substrate made of crystalline silicon and, epitaxially grown thereon, a highly absorbent compound semiconductor layer of the system In1-xGaxAsyP1-y. The pn semiconductor junction is formed in the substrate as a homojunction or at the interface between substrate and highly-absorbent layer as a heterojunction. A metallic back-surface contact on the substrate and a finger electrode structure over the highly absorbent layer complete the solar cell.

Description

Hochabsorbierende Solarzelle und Verfahren zur Herstellung.Superabsorbent solar cell and manufacturing method.
Zur photovoltaischen Energieerzeugung im Leistungsbereich sind hocheffiziente, großflächige, kostengünstige und umwelt¬ verträgliche Solarzellen erforderlich. Diese Erfordernisse werden derzeit von keinem Solarzellentyp gleichzeitig er¬ füllt.Highly efficient, large-area, inexpensive and environmentally compatible solar cells are required for photovoltaic energy generation in the power range. No solar cell type currently meets these requirements at the same time.
Solarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern (GaAs/GaSb) zei¬ gen zwar die bisher höchsten Wirkungsgrade von über 30 Pro- zent, sind aber derzeit weder großflächig noch ausreichend kostengünstig herzustellen. Zwar sind wegen der direkten Bandlücke der III-V-Halbleiter schon ca. 50 n bis 1 μm dicke Halbleiterschichten ausreichend, um einfallendes Sonnenlicht zu absorbieren, doch kann die mechanische Stabilität von Ver- bindungshalbleiterschichten erst ab einer Schichtdicke von einigen 100 μm gewährleistet werden. Der Einsatz von Solar¬ zellen aus III-V-Verbindungshalbleitern ist daher bislang auf Konzentratorsyste e beschränkt, bei denen das Sonnenlicht mittels optischer Systeme auf kleine Solarzellenflächen kon- zentriert wird.Although solar cells made of III-V compound semiconductors (GaAs / GaSb) show the highest efficiencies of over 30 percent to date, they are currently neither large-scale nor sufficiently inexpensive to manufacture. Because of the direct band gap of the III-V semiconductors, approx. 50 n to 1 μm thick semiconductor layers are sufficient to absorb incident sunlight, but the mechanical stability of compound semiconductor layers can only be guaranteed from a layer thickness of a few 100 μm. The use of solar cells from III-V compound semiconductors has therefore hitherto been limited to concentrator systems in which the sunlight is concentrated on small solar cell areas by means of optical systems.
Solarzellen aus einkristallinem Silizium (c-Si) lassen sich zwar in großen Mengen und umweltverträglicher Weise herstel¬ len, sind derzeit jedoch noch nicht hocheffizient und gleich- zeitig kostengünstig genug, da sowohl Verfahrensaufwand als auch Qualitätsanforderungen an das Siliziummaterial hin zu hohen Wirkungsgraden überproportional steigen.Although solar cells made of single-crystalline silicon (c-Si) can be manufactured in large quantities and in an environmentally compatible manner, they are currently not yet highly efficient and at the same time inexpensive enough, since both the outlay in terms of process and the quality requirements for the silicon material increase disproportionately towards high efficiencies .
Eine wesentliche Ursache für die geringere Effizienz der Si- liziumsolarzellen bzw. der hohen Kosten für hocheffiziente Siliziumsolarzellen ist das technische Problem, daß aufgrund der indirekten Bandlücke von kristallinem Silizium Schicht- dicken von ca. 100 μm nötig sind, um das Sonnenlicht voll¬ ständig zu absorbieren. Dadurch kann der Ort, an dem Ladungs- trägerpaare erzeugt werden, bis zu 100 μm weit vom Ort derThis is one of the main reasons for the lower efficiency of silicon solar cells and the high costs for highly efficient ones Silicon solar cells are the technical problem that, because of the indirect band gap of crystalline silicon, layer thicknesses of approximately 100 μm are necessary in order to completely absorb the sunlight. As a result, the location at which charge carrier pairs are generated can be up to 100 μm far from the location of the
Ladungsträgertrennung (p/n-Obergang) entfernt sein. Auf die¬ ser durch Diffusion zu überwindenden Wegstrecke führen Verun¬ reinigungen und Gitterbaufehler im Kristall zurRekombination von Ladungεträgerpaaren und damit zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der Solarzelle. Die Effizienz von c-Si-Solar- zellen ist daher stark von der Reinheit und der Perfektion des Siliziummaterials abhängig. Je nach Materialqualität und Fertigungsaufwand werden heute Spitzenwirkungsgrade von bis zu 24 Prozent erreicht. Mit ökonomisch vertretbaren. Aufwand hergestellte c-Si-Solarzellen erreichen bislang nur einen Wirkungsgrad von etwa 14 bis 17 Prozent.Carrier separation (p / n transition) must be removed. On this distance to be overcome by diffusion, impurities and lattice construction errors in the crystal lead to the recombination of charge carrier pairs and thus to a reduction in the efficiency of the solar cell. The efficiency of c-Si solar cells is therefore heavily dependent on the purity and perfection of the silicon material. Depending on the material quality and manufacturing effort, top efficiencies of up to 24 percent are achieved today. With economically justifiable. So far, effortlessly manufactured c-Si solar cells have only achieved an efficiency of around 14 to 17 percent.
Das Problem der vorliegenden Erfindung ist es daher, in ko¬ stengünstiger Art und Weise den Wirkungsgrad von Solarzellen zu steigern. Desweiteren soll ein Verfahren zur Herstellung solcher Solarzellen angegeben werden.The problem of the present invention is therefore to increase the efficiency of solar cells in a cost-effective manner. Furthermore, a method for producing such solar cells is to be specified.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Solar¬ zelle nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung die- ser Solarzelle nach Anspruch 10.According to the invention, this problem is solved by a solar cell according to claim 1 and a method for producing this solar cell according to claim 10.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprü¬ chen zu entnehmen.Further refinements of the invention can be found in the subclaims.
Die erst kürzlich gelungene Heteroepitaxie von III-V-Verbin- dungshalbleitern auf kristallinem Silizium ermöglicht es, hochwertige Verbindungshalbleiterschichten in dünnen Schich¬ ten auf dem relativ dazu billigeren Silizium aufwachsen zu lassen. Obwohl III-V-Halbleiter wegen der direkten Bandlücke bereits von Haus aus hohe Absorptionskonstanten zeigen, wurde nun überraschend gefunden, daß die durch Heteroepitaxie auf¬ gewachsenen Schichten das Sonnenlicht stärker als üblich ab- sorbieren und Absorptionskoeffizienten im Bereich von 5 x 10" 4 bis 2 x 10~5 cm"! ±m Wellenlängenbereich von 700 bis 1000 nm aufweisen. Dies bedeutet, daß ein Großteil des verfügbaren Sonnenspektrums zum Beispiel bereits in 50 nm dicken Indiumphosphidschichten absorbiert wird. Weiterhin über¬ raschend ist, daß die von III-V-Halbleitern bekannte Absorp¬ tionskante im langwelligen Bereich über 900 nm bei den erfin¬ dungsgemäßen hochabsorbierenden Schichten nicht beobachtet wird und die Absorptionskonstante im langwelligen Bereich nur sanft abfällt.The recently successful heteroepitaxy of III-V compound semiconductors on crystalline silicon makes it possible to grow high-quality compound semiconductor layers in thin layers on the relatively cheaper silicon. Although III-V semiconductors already show high absorption constants due to the direct band gap, it has now surprisingly been found that the layers grown by heteroepitaxy remove sunlight more than usual. sorb and absorption coefficients in the range of 5 x 10 " 4 to 2 x 10 ~ 5 cm"! ± m have a wavelength range from 700 to 1000 nm. This means that a large part of the available solar spectrum, for example, is already absorbed in 50 nm thick indium phosphide layers. It is further surprising that the absorption edge known from III-V semiconductors in the long-wave range above 900 nm is not observed in the high-absorption layers according to the invention and that the absorption constant in the long-wave range only drops gently.
In der hochabsorbierenden Schicht findet eine vollständige Absorption des Sonnenlichts bereits in sehr dünner Schicht- dicke von zum Beispiel 50 nm statt. Die dadurch bewirkte Er- zeugung von Ladungsträgerpaaren erfolgt daher örtlich lokali¬ siert innerhalb dieser dünnen Schicht. Da der pn-Obergang na¬ he der Grenzfläche zur Verbindungshalbleiterschicht angeord¬ net ist, müssen die Minoritätsladungsträger nur eine kurze Weglänge zum ladungstrennenden Obergang zurücklegen. Die Ge- legenheit und damit die Wahrscheinlichkeit einer Rekombina¬ tion von Ladungsträgerpaaren ist daher stark reduziert, es werden mehr Ladungsträger getrennt und dadurch ein höherer Strom und somit ein höherer Wirkungsgrad der gesamten Solar¬ zelle erzielt. Da die Absorption vollständig innerhalb der hochabsorbierenden Schicht stattfindet, ist die Qualitätsan¬ forderung für das kristalline Silizium-Substrat deutlich ge¬ ringer. Innerhalb des Substrats müssen überwiegend Majori¬ tätsladungsträger transportiert werden, so daß das Si- Substrat in der Solarzelle praktisch nur als elektrischer Anschluß fungiert. Es kann somit kostengünstigeres Silizium verwendet werden. Auch der relativ teure III-V-Halbleiter wird in nur dünner Schicht benötigt und ist daher relativ zu bekannten III-V-Solarzellen deutlich kostengünstiger. Die nur dünnen Verbindungshalbleiterschichten verursachen auch weni- ger Umweltprobleme. Gegenüber Solarzellen aus kristallinem Silizium ergibt sich ein verbesserter Wirkungsgrad. Als Substrate werden beispielsweise einkristalline Silizium- wafer verwendet, die nach dem Czochralski- bzw. dem "floating zone"-Verfahren hergestellt wurden. Die Substrate sollten ei¬ ne (100)-Orientierung aufweisen und können bei einheitlicher Orientierung auch polykristallin sein.In the highly absorbing layer, complete absorption of sunlight takes place in a very thin layer thickness of, for example, 50 nm. The generation of charge carrier pairs caused thereby is therefore localized within this thin layer. Since the pn junction is arranged near the interface to the compound semiconductor layer, the minority charge carriers only have to cover a short distance to the charge-separating junction. The opportunity and thus the probability of a recombination of charge carrier pairs is therefore greatly reduced, more charge carriers are separated and a higher current and thus a higher efficiency of the entire solar cell is achieved. Since the absorption takes place entirely within the highly absorbent layer, the quality requirement for the crystalline silicon substrate is significantly lower. Majority charge carriers must predominantly be transported within the substrate, so that the Si substrate in the solar cell functions practically only as an electrical connection. Inexpensive silicon can thus be used. The relatively expensive III-V semiconductor is also required in a thin layer and is therefore significantly cheaper than known III-V solar cells. The only thin compound semiconductor layers also cause fewer environmental problems. Compared to solar cells made of crystalline silicon, the efficiency is improved. For example, single-crystalline silicon wafers are used as substrates, which were produced according to the Czochralski or the "floating zone" process. The substrates should have a (100) orientation and, with a uniform orientation, can also be polycrystalline.
Zur Unterstützung der Epitaxie ist eine glatte Oberfläche des Substrats erforderlich, welche außerdem oxidfrei sein soll.To support the epitaxy, a smooth surface of the substrate is required, which should also be oxide-free.
Für das epitaktische Aufwachsen der hochabsorbierendenFor the epitaxial growth of the highly absorbent
Schicht ist eine Gasphasenepitaxie bevorzugt, beispielsweise ein MOVPE-Verfahren bei dem die den Verbindungshalbleiter bildenden Komponenten in Form von Dämpfen metallorganischer Verbindungen bereitgestellt werden. Weiterhin kann die hochabsorbierende Schicht auch mittels Molekularstrahl- und Flüssigphasenepitaxie aufgebracht werden. Die Gasphasenver¬ fahren sind jedoch billiger und schneller durchzuführen. Au¬ ßerdem kann ein nicht im Gleichgewicht stehender Prozeß nur mit der Gasphasenepitaxie gesteuert werden. So können auch nicht-ideale Schichten erzeugt werden, was mit der Flüssig¬ phasenepitaxie nicht möglich ist.Layer, gas phase epitaxy is preferred, for example a MOVPE method in which the components forming the compound semiconductor are provided in the form of vapors of organometallic compounds. Furthermore, the highly absorbent layer can also be applied by means of molecular beam and liquid phase epitaxy. However, the gas phase processes are cheaper and faster to carry out. In addition, a process that is not in equilibrium can only be controlled with the gas phase epitaxy. In this way, non-ideal layers can also be produced, which is not possible with liquid phase epitaxy.
Die Fehlanpassung der Kristallgitter von Silizium und III-V- Verbindungshalbleitern erfordert für die Heteroepitaxie eine Pufferschicht, über der die' epitaktische Schicht in hoher Qualität aufwachsen kann. Die Pufferschicht ist wegen der Fehlanpassung hochverspannt, worin auch die Ursache für deren hohe Absorption vermutet wird, die bis zu drei Größenordnun¬ gen über der von kristallinem Silizium liegt. Wird ein MOVPE- Verfahren eingesetzt, kann die Pufferschicht beispielsweise bei einer ersten, niedrigeren Temperatur aufgewachsen werden, während für die weitere, hochgeordnete Halbleiterschicht dann eine ideale Aufwachstemperatur eingehalten wird, die über der zunächst genannten liegt.The mismatch of the crystal lattice of silicon and III-V compound semiconductors requires a buffer layer for heteroepitaxy, over which the epitaxial layer can grow in high quality. The buffer layer is highly tensioned due to the mismatch, which is also believed to be the reason for its high absorption, which is up to three orders of magnitude higher than that of crystalline silicon. If a MOVPE method is used, the buffer layer can be grown, for example, at a first, lower temperature, while an ideal wax-up temperature is then maintained for the further, higher-order semiconductor layer, which is above the one mentioned above.
Der pn-Halbleiterübergang liegt vorzugsweise wie bei einer bekannten Solarzelle im Siliziumsubstrat. Der überwiegende Teil des Substratkörpers weist dabei eine schwache Dotierung eines ersten Leitfähigkeitstyps auf, während eine mit Dotier¬ stoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps hochdotierte Emitter¬ schicht als dünne Schicht ausgebildet ist und unterhalb der epitaktisch aufgewachsenen Schicht liegt. Vorzugsweise ist das Substrat p- und die Emitterschicht n+-dotiert. Dies hat den Vorteil, daß gegebenenfalls in den Verbindungshalbleiter diffundierende und dort eine n-Dotierung erzeugende Siliziu¬ matome nicht durch eine erhöhte Zugabe von p-Dotierstoffen überkompensiert werden müssen.The pn semiconductor junction is preferably located in the silicon substrate as in a known solar cell. The vast majority Part of the substrate body has weak doping of a first conductivity type, while an emitter layer heavily doped with dopants of the second conductivity type is formed as a thin layer and lies below the epitaxially grown layer. The substrate is preferably p- and the emitter layer is n + -doped. This has the advantage that silicon atoms which diffuse into the compound semiconductor and produce an n-doping there need not be overcompensated by an increased addition of p-dopants.
Bei einer Anordnung mit p+-Emitterschicht wird die Verbin¬ dungshalbleiterschicht vorzugsweise p+-dotiert aufgewachsen.In an arrangement with a p + emitter layer, the compound semiconductor layer is preferably grown p + -doped.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die hochab¬ sorbierende Schicht eine intrinsische Verbindungshalbleiter¬ schicht, die frei von Dotierstoffen ist. Dies hat eine gerin¬ gere Dichte an Fremdatomen zur Folge, so daß die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der hochabsorbierenden Schicht weiter steigt. In dieser Ausführung gelangen die durch das einfallende Licht erzeugten Ladungsträger durch Diffusion über die Siliziumemitterschicht in den benachbarten p/n-Über- gang, wo sie schließlich getrennt werden. Allerdings macht die stark verringerte Leitfähigkeit des undotierten Verbin- dungshalbleiters eine veränderte Stromabführung erforderlich. Dazu können als Fingerelektrode ausgebildete Vorderseiten¬ kontakte direkt auf der Emitterschicht ausgebildet werden, die dazu nachträglich durch Ätzen von entsprechenden Öffnun¬ gen in der hochabsorbierenden Schicht freigelegt wird.In a further embodiment of the invention, the highly absorbent layer is an intrinsic compound semiconductor layer which is free of dopants. This results in a lower density of foreign atoms, so that the service life of the minority charge carriers in the highly absorbent layer increases further. In this embodiment, the charge carriers generated by the incident light reach the neighboring p / n junction by diffusion over the silicon emitter layer, where they are finally separated. However, the greatly reduced conductivity of the undoped compound semiconductor makes it necessary to change the current dissipation. For this purpose, front contacts designed as finger electrodes can be formed directly on the emitter layer, which is subsequently exposed by etching corresponding openings in the highly absorbing layer.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt das Siliziumsubstrat eine Dotierung vom ersten Leitfähigkeitstyp, während die hochabsorbierende Schicht eine hohe Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist. Der pn-ύbergang der So- larzelle bildet sich daher an der Grenzfläche zwischen demIn a further embodiment of the invention, the silicon substrate has a doping of the first conductivity type, while the highly absorbent layer has a high doping of the second conductivity type. The pn junction of the solar cell therefore forms at the interface between the
Substrat und der Verbindungshalbleiterschicht als Heteroüber- gang aus. Da keine Emitterschicht im Substrat ausgebildet werden muß, handelt es sich hierbei um die einfachste Ausfüh¬ rung der Erfindung.Substrate and the compound semiconductor layer as a heterojunction. Since no emitter layer is formed in the substrate must be, this is the simplest embodiment of the invention.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Solar- zelle wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen vier Figuren näher erläutert.The method for producing the solar cell according to the invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments and the associated four figures.
Die Figuren zeigen vier Ausführungsformen der Erfindung an¬ hand von schematischen Querschnitten durch erfindungsgemäße Solarzellen.The figures show four embodiments of the invention on the basis of schematic cross sections through solar cells according to the invention.
Vorbereitung der SubstratePreparation of the substrates
Die Siliziumsubstrate sind in (100)-Richtung orientiert und weisen eine die mechanische Stabilität garantierende Dicke von zum Beispiel 300 μm auf. Die Substrate können mono- oder polykristallin sein, werden wegen der Orientierung aber vor¬ zugsweise aus größeren Blöcken gesägt, die gezogen oder ge¬ gossen sein können. Vorzugsweise werden die in der Mikro- Elektronik üblichen p-dotierten Wafer verwendet. Nach bekann¬ ten Verfahren kann eine hochdotierte EmitterSchicht des ent¬ gegengesetzten Leitungstyps beispielsweise durch plasmaun¬ terstützte Eindiffusion von Dotierstoffen erzeugt werden.The silicon substrates are oriented in the (100) direction and have a thickness guaranteeing mechanical stability of, for example, 300 μm. The substrates can be monocrystalline or polycrystalline, but because of the orientation they are preferably sawn from larger blocks that can be drawn or cast. The p-doped wafers customary in microelectronics are preferably used. According to known methods, a highly doped emitter layer of the opposite conductivity type can be produced, for example, by plasma-assisted diffusion of dopants.
Im nächsten Schritt werden die Substrate von einer oberfläch¬ lichen natürlichen Oxidschicht befreit. Dies kann durch einen Temperschritt bei 950°C erfolgen, wobei als Temperatmosphäre Wasserstoff, ASH3 oder PH3 gewählt wird. Am effektivsten ist eine ArsenwasserεtoffUmgebung. Das Substrat weist nun die für die Epitaxie erforderliche glatte und oxidfreie Oberfläche auf.In the next step, the substrates are freed of a superficial, natural oxide layer. This can be done by a tempering step at 950 ° C, with hydrogen, ASH3 or PH3 being selected as the tempering atmosphere. The most effective is an arsenic hydrogen environment. The substrate now has the smooth and oxide-free surface required for epitaxy.
Wird die Epitaxie unmittelbar nach der Eindiffusion von Do¬ tierstoffen für die Emitterschicht durchgeführt, so ist die Substratoberfläche bereits oxidfrei, ein zusätzlicher Schritt kann entfallen. Epitaktisches Abscheiden des Verbindungshalbleiters Indi- umphosphidIf the epitaxy is carried out immediately after the diffusion of doping substances for the emitter layer, the substrate surface is already oxide-free, an additional step can be omitted. Epitaxial deposition of the compound semiconductor indium phosphide
Die kristalline Qualität und Morphologie einer epitaktisch auf Silizium abgeschiedenen Indiumphosphidschicht hängt nicht nur von der Vorbehandlung des Siliziumsubstrats, sondern stark auch von den Eigenschaften der zunächst abgeschiedenen Indiumphosphidpufferschicht ab. Diese ist erforderlich, um die sich aus der Gitterfehlanpassung zwischen Indiu phosphid bzw. anderen III-V-Halbleitern ergebenden Wachstumsprobleme der epitaktischen Schicht zu umgehen.The crystalline quality and morphology of an indium phosphide layer deposited epitaxially on silicon depends not only on the pretreatment of the silicon substrate, but also strongly on the properties of the indium phosphide buffer layer initially deposited. This is necessary in order to avoid the growth problems of the epitaxial layer resulting from the lattice mismatch between indium phosphide or other III-V semiconductors.
Die Pufferschicht wird bei einer unterhalb der für die Epita¬ xie idealen Temperatur von ca. 400°C auf dem Substrat aufge- wachsen. Als Ausgangsstoffe für die metallorganische Gaspha¬ senepitaxie dienen dabei gasförmiges Phosphin und festes Tri- methyl-Indium, welches mit Wasserstoff als Trägergas in die Reaktionskammer eingebracht wird. In ca. 20 Minuten ist bei der Temperatur eine typischerweise 80 bis 90 nm dicke Indi- umphosphidpufferschicht aufgewachsen.The buffer layer is grown on the substrate at a temperature of approximately 400 ° C., which is ideal for epitaxy. The starting materials for the organometallic gas phase epitaxy are gaseous phosphine and solid trimethyl indium, which is introduced into the reaction chamber with hydrogen as the carrier gas. In about 20 minutes, a typically 80 to 90 nm thick indi- umphosphide buffer layer is grown at the temperature.
Wird eine dickere hochabsorbierende Schicht benötigt, läßt man über der Pufferschicht eine weitere hochgeordnete Schicht unter idealen Epitaxiebedingungen aufwachsen. Dazu wird eine Temperatur von zum Beispiel 615°C gewählt, und wie in der vorliegenden Ausführung zum Beispiel ein Mengenverhältnis der III:V-Komponenten von 1 : 112 verwendet. Dabei stellt sich eine Wachstumsrate von ca. 1,5 μm pro Stunde ein.If a thicker, highly absorbent layer is required, a further highly ordered layer is allowed to grow over the buffer layer under ideal epitaxial conditions. For this purpose, a temperature of, for example, 615 ° C. is selected, and, as in the present embodiment, a ratio by volume of the III: V components of 1: 112 is used. This results in a growth rate of approx.1.5 μm per hour.
Durch schrittweise Veränderung der Gaszusammensetzung im Epi¬ taxiereaktor können III-V-Halbleiter mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Dotierung auf der Pufferschicht epitakti¬ sch aufgewachsen werden, ohne daß während des Wachstums eine zu große Gitterfehlanpassung auftritt. Durch Beimischen von Arsin (ASH3) wird beispielsweise ein InPxAsι_x-Halbleiter er¬ halten, während durch Beimischung von Silan (SiH4) eine n- Typ-Dotierung und durch Beimischen von Dimethyl-Zink eine p- Typ-Dotierung in der epitaktischen Schicht erzeugt werden kann. Durch diese genannte kontinuierliche Veränderung des Halbleiters kann der Verlauf der Energiebänder, und über die Bandlücken auch der Verlauf der Absorptionseigenschaften der hochabsorbierenden Schicht als Funktion des Ortes verändert werden. Dies ermöglicht nicht nur eine optimale Anpassung der Absorberschicht an das Sonnenspektrum, sondern auch das Er¬ zeugen spezieller Potentialverläufe (zum Beispiel back sur- face field) in der Schicht zur besseren Sammlung der durch einfallendes Licht erzeugten Ladungsträgerpaare.By gradually changing the gas composition in the epi-taxing reactor, III-V semiconductors with different compositions and doping can be epitaxially grown on the buffer layer without excessive lattice mismatch occurring during growth. By adding arsine (ASH3 ) , for example, an InP x Asι_ x semiconductor is obtained, while by adding silane (SiH4) an n-type doping and by adding dimethyl zinc a p- Type doping can be generated in the epitaxial layer. By means of this continuous change in the semiconductor, the course of the energy bands and, via the band gaps, also the course of the absorption properties of the superabsorbent layer can be changed as a function of the location. This enables not only an optimal adaptation of the absorber layer to the sun spectrum, but also the generation of special potential profiles (for example back surface field) in the layer for better collection of the charge carrier pairs generated by incident light.
Herstellung einer Siliziumsolarzelle mit HeteroÜbergang (Figur 1) :Production of a silicon solar cell with heterojunction (FIG. 1):
Ein (100) -orientiertes Siliziumsubstrat S weist eine Dotie- rung eines ersten Leitfähigkeitstyps (p bzw. n) . Darüber wird wie bereits beschrieben eine Indiumphosphidpufferschicht PS aufgebracht, die während des Wachstums durch Zumischen ent¬ sprechender Dotierstoffe eine Dotierung vom zweiten Leitfä¬ higkeitstyp (n+ durch Zumischen von Silan bzw. p+ mit Dime- thyl-Zink) erhält. .An der Grenzfläche zwischen Substrat S und der Pufferschicht PS bildet sich dabei ein HeteroÜbergang mit einer Raumladungszone aus, in der die durch einfallendes Licht erzeugten Ladungsträgerpaare getrennt werden. Durch weiteres Wachstum von III-V.-Verbindungen über der Indiumphoε- phidpufferschicht PS können die optischen Eigenschaften der hochabsorbierenden Schicht AS an das Sonnenspektrum angepaßt werden.A (100) -oriented silicon substrate S has a doping of a first conductivity type (p or n). As already described, an indium phosphide buffer layer PS is applied over it, which receives a doping of the second conductivity type (n + by adding silane or p + with dimethyl zinc) during the growth by adding appropriate dopants. At the interface between substrate S and the buffer layer PS, a heterojunction is formed with a space charge zone in which the charge carrier pairs generated by incident light are separated. By further growth of III-V compounds over the indium phosphide buffer layer PS, the optical properties of the highly absorbent layer AS can be adapted to the solar spectrum.
Zur Kontaktierung der hochabsorbierenden Schicht wird ein metallischer Fingerkontakt (grid) FK aufgebracht, der einen ohmschen Kontakt der hochabsorbierenden Schicht erzeugt und beispielsweise aus einer Gold/Titanlegierung besteht. Auf der Substratseite wird vorzugsweise ganzflächig zum Beispiel mit einer Silberschicht kontaktiert (RK) . Eine abschließend auf¬ gebrachte Antireflexschicht AR aus Titanoxid dient zur opti- sehen Anpassung und schützt die Absorberschicht. Figur 2 stellt eine Solarzelle dar, die ein Substrat S vom ersten Leitfähigkeitstyp, eine schmale hochdotierte Zone vom zweiten Leitfähigkeitstyp (EmitterSchicht ES) und eine hochabsorbierende Schicht AS, die mit Dotierstoffen vom zwei- ten Leitfähigkeitstyp hochdotiert ist. Das Aufwachsen der Ab¬ sorberschicht AS kann wie im ersten Beispiel erfolgen, ebenso das Erzeugen der metallischen Fingerkontakte FK, der Antire- flexschicht AR und des ganzseitigen metallischen Rückkontaktε RK. Die Erzeugung der Emitterschicht kann unmittelbar vor dem Epitaxieprozeß durch einen konventionellen Diffusionsprozeß erfolgen. Dabei werden als Dotierstoffe Phosphor bzw. Bor bei 870°C bzw. bei 1000°C während einiger Minuten eingetrieben. Die Emitterschicht ES erhält dabei eine Dicke von weniger als 0,3 μm. Durch die räumliche Trennung von pn-Obergang und der hochabsorbierenden Schicht AS können die elektrischen Eigen¬ schaften des pn-Obergangs getrennt von den optischen Eigen¬ schaften der hochabsorbierenden Schicht AS optimiert werden.To contact the highly absorbent layer, a metallic finger contact (grid) FK is applied, which creates an ohmic contact of the highly absorbent layer and consists, for example, of a gold / titanium alloy. On the substrate side, contact is preferably made over the entire surface, for example with a silver layer (RK). A finally applied antireflection layer AR made of titanium oxide serves for optical adaptation and protects the absorber layer. FIG. 2 shows a solar cell which has a substrate S of the first conductivity type, a narrow, highly doped zone of the second conductivity type (emitter layer ES) and a highly absorbent layer AS which is highly doped with dopants of the second conductivity type. The growth of the absorber layer AS can take place as in the first example, as can the generation of the metallic finger contacts FK, the anti-reflective layer AR and the full-sided metallic back contact RK. The emitter layer can be produced directly before the epitaxy process by a conventional diffusion process. Phosphorus or boron are driven in as dopants at 870 ° C. or at 1000 ° C. for a few minutes. The emitter layer ES thereby has a thickness of less than 0.3 μm. Due to the spatial separation of the pn junction and the highly absorbent layer AS, the electrical properties of the pn junction can be optimized separately from the optical properties of the highly absorbent layer AS.
Zur Herstellung einer Solarzelle nach Figur 3 wird in einem eine Dotierung vom ersten Leitfähigkeitεtyp aufweiεenden Subεtrat S eine dünne, hochdotierte Emitterεchicht ES durchTo produce a solar cell according to FIG. 3, a thin, highly doped emitter layer ES is passed through in a substrate S having a doping of the first conductivity type
Eintreiben von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstypε erzeugt. Durch Gasphasenepitaxie wird darüber eine hochabsor¬ bierende Schicht AS ohne Zugabe von Dotierstoffen hochrein abgeschieden. Damit wird eine geringere Dichte an Fremdatomen erzielt, wobei die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in der hochabsorbierenden Schicht AS steigt. Die durch einfal¬ lendes Licht erzeugten Ladungsträger gelangen dann durch Dif¬ fusion in die EmitterSchicht ES und zum benachbarten pn-Ober¬ gang, wo sie schließlich getrennt werden. Die Kontaktierung dieser Solarzelle wird vorteilhafterweise direkt über der EmitterSchicht ES aufgebracht, wozu mittels einer Masken¬ technik und naßchemiεchen Ätzenε die hochabεorbierende Schicht AS an beεtimmten Stellen entfernt und dort die Emit¬ terεchicht ES freigelegt wird. An dieεen Stellen wird schließlich ein ohmscher Fingerkontakt FK aufgebracht. Anti- reflexionsεchicht AR und Rückkontakt RK vervollständigen die Anordnung.Driving in dopants of a second conductivity type. A highly absorbing layer AS is deposited in a highly pure manner by means of gas phase epitaxy without the addition of dopants. This results in a lower density of foreign atoms, the service life of the minority charge carriers in the high-absorption layer AS increasing. The charge carriers generated by incident light then reach the emitter layer ES and the adjacent pn junction by diffusion, where they are finally separated. The contacting of this solar cell is advantageously applied directly above the emitter layer ES, for which purpose the highly absorbent layer AS is removed at certain locations by means of mask technology and wet chemical etching, and the emitter layer ES is exposed there. Finally, an ohmic finger contact FK is applied to these points. anti- Reflection layer AR and back contact RK complete the arrangement.
Bei der in Figur 4 dargestellten Auεführungεform wird wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel ein pn-Übergang im Substrat erzeugt und eine hochabsorbierende Schicht AS ohne Zugabe von Dotierstoffen hochrein darüber abgeschieden. Mit¬ tels kombinierter Masken-/Ätztechnik werden Lücken in der hochabsorbierenden Schicht AS erzeugt und darin die Emitter¬ schicht ES freigelegt. Diese kann nun als Keim für ein an- schließendeε epitaktiεches Wachstum einer weiteren Silizium¬ schicht WS mittelε Gasphasenepitaxie (zum Beiεpiel MOVPE) dienen. Besteht die hochabsorbierende Schicht aus Indiumphos- phid, so wird das Abdampfen von Phosphor aus der hochabsor- bierenden Schicht wirksam verhindert, wenn die Silizium-Epi- taxie bei Temperaturen unter 600°C durchgeführt wird. Wenn die Emitterεchicht ES vorteilhafterweiεe n+-leitend ist, so kann während der epitaktischen Abscheidung der weiteren Si¬ liziumschicht WS eine zusätzliche Beimischung von Phosphin zu den Reaktionsgasen sowohl das Abdampfen von Phosphor aus der hochabsorbierenden Schicht verhindern, als auch für die gewünschte n+-Dotierung der epitaktischen Siliziumschicht sorgen. Voraussetzung für das epitaktische Aufwachsen einer weiteren Siliziumschicht ist, daß zumindest der obere Schichtbereich der hochabsorbierenden Schicht wiederum als Pufferschicht ausgebildet ist.In the embodiment shown in FIG. 4, as in the previous exemplary embodiment, a pn junction is produced in the substrate and a highly absorbent layer AS is deposited on top of it without the addition of dopants. Using a combined mask / etching technique, gaps are created in the highly absorbent layer AS and the emitter layer ES is exposed therein. This can now serve as a seed for a subsequent epitaxial growth of a further silicon layer WS by means of gas phase epitaxy (for example MOVPE). If the highly absorbent layer consists of indium phosphide, the evaporation of phosphorus from the highly absorbent layer is effectively prevented if the silicon epitaxy is carried out at temperatures below 600 ° C. If the emitter layer ES is advantageously n + -conducting, then during the epitaxial deposition of the further silicon layer WS, an additional admixture of phosphine to the reaction gases can both prevent the evaporation of phosphorus from the highly absorbent layer and also for the desired n + - Doping of the epitaxial silicon layer. A prerequisite for the epitaxial growth of a further silicon layer is that at least the upper layer region of the highly absorbing layer is again designed as a buffer layer.
Der physikalische Vorteil dieser Struktur besteht darin, daß die in der hochabsorbierenden Schicht AS erzeugten Ladungs¬ trägerpaare nun auf beiden Seiten der Schicht abgeleitet wer- den können. Zusätzlich ausdiffundierende Minoritätsladungε- träger können durch die weitere epitaktiεch erzeugte Silizi¬ umschicht und die Lücken in der hochabsorbierenden Schicht zum pn-Übergang diffundieren und werden dort getrennt. Die oh schen Fingerkontakte FK werden genau über den Lücken in der hochabsorbierenden Schicht AS auf der weiteren epitakti¬ schen Siliziumschicht WS erzeugt und sorgen εomit für einen geringeren Serienwiderstand der Solarzelle. Eine abschließend aufgebrachte Antireflexionsεchicht AR dient als optische An¬ passung und Schutz der weiteren Epitaxieschicht, während der Rückkontakt RK die Solarzelle vervollständigt.The physical advantage of this structure is that the charge carrier pairs generated in the highly absorbent layer AS can now be derived on both sides of the layer. Minority charge carriers that additionally diffuse out can diffuse through the further epitaxially produced silicon layer and the gaps in the highly absorbent layer to the pn junction and are separated there. The ohmic finger contacts FK are produced exactly over the gaps in the highly absorbent layer AS on the further epitaxial silicon layer WS and thus ensure one lower series resistance of the solar cell. A finally applied antireflection layer AR serves as optical adaptation and protection of the further epitaxial layer, while the back contact RK completes the solar cell.
Neben dem Indiumphosphid kann für die hochabεorbierende Schicht AS auch ein anderer III-V-Verbindungεhalbleiter ge¬ wählt und epitaktisch auf dem kristallinen Silizium (S, ES) abgeschieden werden. In addition to the indium phosphide, another III-V compound semiconductor can also be selected for the highly absorbent layer AS and deposited epitaxially on the crystalline silicon (S, ES).

Claims

Patentansprüche Claims
1. Solarzelle mit1. solar cell with
- einem Substrat (S) aus kriεtallinem Silizium- A substrate (S) made of crystalline silicon
- einer epitaktiεch über dem Subεtrat aufgewachεenen hochab¬ sorbierenden Verbindungs-Halbleiterεchicht (AS) deε Syεtemε Inτ__xGaxAεyPτ__y- An epitaxially grown over the substrate highly absorbent compound semiconductor layer (AS) of the system Inτ__ x Ga x AεyPτ__y
- einem pn-Halbleiterübergang im Bereich der Grenzfläche zwi¬ schen Substrat (S) und hochabεorbierender Schicht (AS)- a pn-semiconductor junction in the area of the interface between substrate (S) and highly absorbing layer (AS)
- einem Rückεeitenkontakt (RK) auf dem Substrat (S) und- A back contact (RK) on the substrate (S) and
- einer Fingerelektrodenstruktur (FK) über der hochabsorbie¬ renden Schicht.- A finger electrode structure (FK) over the highly absorbent layer.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, bei der die hochabsorbierende Schicht (AS) zumindeεt eine Pufferεchicht (PS) und eine weitere hochgeordnete Schicht aufweiεt.2. Solar cell according to claim 1, wherein the highly absorbent layer (AS) has at least one buffer layer (PS) and a further highly ordered layer.
3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Substrat eine Dotierung eines ersten Leitfähig¬ keitstyps und eine relativ dünne hochdotierte EmitterSchicht (ES) eines zweiten Leitfähigkeitεtypε unterhalb der hochabεorbierenden Schicht (AS) aufweiεt.3. Solar cell according to claim 1 or 2, wherein the substrate has a doping of a first conductivity type and a relatively thin highly doped emitter layer (ES) of a second conductivity type below the highly absorbing layer (AS).
4. Solarzelle nach Anspruch 3, bei dem die hochabsorbierende Schicht (AS) intrinεiεch und frei von Dotierεtoffen iεt.4. Solar cell according to claim 3, in which the highly absorbent layer (AS) is intrinsic and free of dopants.
5. Solarzelle nach Anεpruch 4, bei der über der intrinsischen hochabεorbierenden Schicht ei¬ ne weitere epitaktiεch aufgewachεene hochdotierte Silizium- εchicht (WS) deε zweiten Leitfähigkeitεtypε angeordnet iεt. 5. Solar cell according to claim 4, in which a further epitaxially grown highly doped silicon layer (WS) of the second conductivity type is arranged above the intrinsic highly absorbing layer.
6. Solarzelle nach Anεpruch 1 oder 2, bei der daε Subεtrat (S) eine Dotierung deε ersten Leitfähig- keitεtypε und die hochabsorbierende Schicht (AS) eine hohe Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, εo daß sich an der Phasengrenze zwischen Substrat (S) und hochabsor¬ bierender Schicht (AS) ein HeteroÜbergang ausbildet.6. Solar cell according to claim 1 or 2, in which the substrate (S) has a doping of the first conductivity type and the highly absorbent layer (AS) has a high doping of the second conductivity type, so that there is at the phase boundary between substrate (S) and highly absorbent layer (AS) forms a heterojunction.
7. Solarzelle nach einem der Anεprüche 1 biε 6, bei der die hochabεorbierende Schicht (AS) eine Dicke von 50 biε 200 nm aufweiεt.7. Solar cell according to one of claims 1 to 6, in which the highly absorbing layer (AS) has a thickness of 50 to 200 nm.
8. Solarzelle nach Anspruch 7, bei der die hochabsorbierende Schicht (AS) eine Dicke von 50 bis 80 nm aufweiεt.8. Solar cell according to claim 7, in which the highly absorbing layer (AS) has a thickness of 50 to 80 nm.
9. Solarzelle nach einem der Anεprüche 1 bis 8, bei der die hochabsorbierende Schicht eine εich in Richtung Schichtdicke kontinuierlich ändernde Zuεa mensetzung und ei¬ nen sich kontinuierlich ändernden Bandabstand aufweist und wobei dieser in Richtung des Substratε (S) hin abfällt und dort mit dem Bandabstand des Siliziums übereinstimmt.9. Solar cell according to one of claims 1 to 8, in which the superabsorbent layer has a composition that continuously changes in the direction of the layer thickness and a continuously changing band gap, and this falls in the direction of the substrate (S) and there with the Bandgap of the silicon matches.
10. Solarzelle nach einem der Anεprüche 1 bis 9, bei der das Siliziumsubstrat (S) eine (100)-Orientierung auf- weiεt. .10. Solar cell according to one of claims 1 to 9, in which the silicon substrate (S) has a (100) orientation. .
11. Verfahren zur Herstellung einer mit einer hochabsorbie¬ renden Schicht versehenen Solarzelle mit den Schritten11. A method for producing a solar cell provided with a highly absorbent layer, comprising the steps
- Vorbereitung eines Substrateε (S) auε kristallinem Silizium mit (100) -Orientierung- Preparation of a substrate (S) made of crystalline silicon with (100) orientation
- epitaktisches Aufwachsen bei einer ersten Temperatur einer Pufferschicht (PS) eines III-V-Halbleiters des Systems Inι_ xGaxAsyPι_y - epitaktiεcheε Aufwachsen über der Pufferschicht bei einer zweiten höheren Temperatur einer weiteren, hochgeordneten Schicht deε III-V-Halbleiterε, und- Epitaxial growth at a first temperature of a buffer layer (PS) of a III-V semiconductor of the system Inι_ x Ga x As y Pι_ y epitaxially growing over the buffer layer at a second higher temperature of a further, highly ordered layer of the III-V semiconductor, and
- Erzeugen einer Fingerelektrodenstruktur (FK) über der III- V-Halbleiterεchicht (AS) und einer Rückseitenelektrode (RK) auf dem Substrat.- Generation of a finger electrode structure (FK) over the III-V semiconductor layer (AS) and a rear side electrode (RK) on the substrate.
12. Verfahren nach Anεpruch 11, bei dem das epitaktische Aufwachsen aus der Gasphaεe erfolgt.12. The method according to claim 11, in which the epitaxial growth takes place from the gas phase.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem während des epitaktischen Aufwachsens durch kontinu¬ ierliche Veränderung der HalbleiterZusammensetzung ein Band- lückenprofil innerhalb der aufwachsenden hochabsorbierenden Schicht (AS) eingestellt wird.13. The method according to claim 11 or 12, in which a bandgap profile is set within the growing high-absorption layer (AS) during the epitaxial growth by continuously changing the semiconductor composition.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das verwendete Siliziumεubstrat einen pn-Übergang aufweist, die epitaktiεch erzeugten Schichten frei von Do- tierεtoffen aufgewachεen werden und durch Maεkierungen und Ätzen Öffnungen in den epitaktiεchen Schichten erzeugt wer¬ den, in denen das Substrat freigelegt wird .14. The method as claimed in one of claims 11 to 13, in which the silicon substrate used has a pn junction, the epitaxially produced layers are waxed free of doping substances and openings in the epitaxial layers are produced by masking and etching, in which the substrate is exposed.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem in den Öffnungen auf dem Substrat (S) die Fingerelek¬ trodenstruktur (FK) erzeugt wird.15. The method according to claim 14, in which the finger electrode structure (FK) is produced in the openings on the substrate (S).
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem über den epitaktischen Schichten des III-V Halblei¬ ters (AS) eine Siliziumschicht epitaktisch aufgewachsen wird, wobei das in den Öffnungen freigelegte Subεtrat alε Kriεtal- liεationεkeim dient. 16. The method according to claim 14, in which a silicon layer is epitaxially grown over the epitaxial layers of the III-V semiconductor (AS), the substrate exposed in the openings serving as a crystallization seed.
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