WO2008055518A1 - Method for producing sunk contact structures in a silicon wafer for solar cells and solar cell - Google Patents

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WO2008055518A1
WO2008055518A1 PCT/EP2006/010635 EP2006010635W WO2008055518A1 WO 2008055518 A1 WO2008055518 A1 WO 2008055518A1 EP 2006010635 W EP2006010635 W EP 2006010635W WO 2008055518 A1 WO2008055518 A1 WO 2008055518A1
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silicon wafer
trench
wafer
solar cells
contact structures
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Michelle Mccann
Claudia Struempel
Holger Knauss
Engelbert Lemp
Peter Fath
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Gp Solar Gmbh
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Publication date
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of buried contact structures in a silicon wafer for solar cells.
  • Solar cells are devices that convert light into electrical energy. They usually consist of a wafer formed from a semiconductor material, which contains regions or layers of different doping, so-called n-type or p-type layers. These layers are referred to as emitter or base. Positive and negative charge carriers generated by incident light are separated and can be dissipated by metallic contacts provided on the respective layers. Only usable charge carriers which reach the contacts and do not previously recombine with a respective other charge carrier contribute to the usable electrical power of the solar cells.
  • the metallic contacts are usually made by vapor deposition of metal, which is then galvanically thickened, by electroless deposition of nickel, copper and silver or by printing a metal paste on the surface of the areas to be contacted. For example, if these areas do not extend over the entire surface of one side of the solar cells, but the metal may be applied only in places, this is accomplished, for example, by the use of masks in the manufacture of solar cells.
  • a photolithographically produced resist mask is usually first applied directly to a surface.
  • the area of the surface to be contacted is then freed from the lacquer and then a metal layer is deposited over the entire surface of the exposed region and onto the lacquer surface by means of metal vapor.
  • the resist mask is removed so that a metal layer remains only on the first exposed surface area.
  • Another possibility of structuring consists in placing or clamping a shadow mask on the layer to be contacted.
  • masks such as screen masks or preformed clichés (stamp or pad printing) used.
  • the metal contacts are usually formed in a comb-like shape, d. H. they form so-called grids.
  • solar cells consist of full-surface base and emitter regions, the emitter usually being on the side facing the light, i. H. the front of the solar cell, lies.
  • the base can be contacted by full-surface application of metal on the back.
  • the emitter is usually contacted with a grid to lose as little light as possible by reflection on the metal contact for conversion into electrical energy.
  • the distance of the so-called grid fingers of the grid may not be too large and the number and cross section of the Gridf ⁇ nger not be too small. A certain Abschattu ⁇ g must therefore be accepted.
  • the solar cells thus produced have the disadvantage that after the metallization of the trenches, for example by electroless plating with initially nickel, then copper and then silver, shading losses occur. These are based inter alia on the fact that light which strikes the metallized areas of the solar cell is reflected and therefore can not be converted into electricity by a solar cell, the shading losses being directly dependent on the width of the trenches.
  • the trench width can be reduced.
  • suitable lasers are currently not capable of introducing arbitrarily narrow trenches into the surface of silicon wafers.
  • the metal is used in the trenches of the solar cell for the removal of electricity and for this function, a minimum cross section of the metal and thus the trench is necessary, the trench width can not be arbitrarily reduced.
  • it has an adverse effect on the efficiency of a solar cell, if one reduces the trench width below a certain value, since then the contact area between the wafer and the metal can be too small.
  • Ice is therefore an object of the present invention to provide a method for producing recessed contact structures in a silicon wafer for solar cells, which can be carried out in a simple manufacturing and thus cost-effective manner and allows the production of solar cells with a higher efficiency.
  • a trench having a width b and a depth t in the surface of the front side of the silicon wafer at an angle alpha to the normal of the surface, i. H. obliquely to the normal introduced.
  • This can be done for example by means of a laser, a wafer saw or by means of anisotropic etching, wherein the trench, for example, can have both a U-shaped and a parallelogram-shaped cross-section.
  • the electrically nonconductive layer can serve both as an antireflection layer, as a diffusion barrier and as a plating mask for the metallization of the trench.
  • the metal is deposited only on the areas not masked with the layer of electrically nonconductive material, the metallized areas are thus substantially invisible when the vertical side of the so-called solar tent is viewed perpendicularly, but are almost completely obscured. Thus, substantially no shading occurs through the metallized areas, which increases the efficiency of the inventive process subjected to solar cells.
  • the solar cells with recessed contacts known in the prior art are generally provided with an electrically non-conductive layer, which can serve as an antireflection layer, as a diffusion barrier and as a plating mask in the metallization of the trenches.
  • This layer is typically deposited on the wafer by the technique known as Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD).
  • LPCVD Low Pressure Chemical Vapor Deposition
  • edge regions of the wafer back side are covered with the electrically non-conductive material, which must be removed in a separate step, for example by means of plasma etching.
  • this additional step can be avoided since, using a directional deposition, undesired deposition of electrically non-conductive material on the back of the wafer does not take place.
  • the silicon wafer may be an undoped or an already doped silicon wafer.
  • a further advantage of the method according to the invention is that it is suitable for producing buried contact structures in monocrystalline and polycrystalline silicon wafers.
  • the directional deposition is carried out in the form of a directed plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
  • PECVD directed plasma enhanced chemical vapor deposition
  • One advantage is that a medium temperature process step known in the art, such as LPCVD silicon nitride deposition, is then replaced by a process step, such as PECVD silicon nitride deposition, which occurs at lower temperatures.
  • the trench is introduced mechanically into the surface of the silicon wafer.
  • the trench is milled or cut, for example with a wafer saw.
  • the grain can be introduced into the surface of the silidum wafer by means of a laser.
  • the electrically non-conductive layer is formed by a silicon nitride layer.
  • Silicon nitride has advantageous properties with respect to antireflection, forms a diffusion barrier and can simultaneously serve as a plating mask for the metallization of the trench.
  • trenches between high temperature process steps are introduced into the wafer, which requires a cleaning step after the creation of the trenches, as in the introduction of the trenches laser, sawing or Milling damage occurs that must be removed, for example by etching.
  • the trench is introduced into the silicon wafer before this one Subjected to high temperature treatment, ie, for example, before doping of the silicon wafer.
  • the etching of the insertion damage may then be associated, for example, with the standard texturing or other initial treatment of the wafer. As a result, the number of process steps is reduced and thus the process cheaper.
  • the angle alpha, the depth t and the width b of the trench follow the relationship sin alpha> b / t.
  • the trench For a given trench width b and at given angle! alpha, the trench must have a certain depth t, so that the bottom of the trench is not coated with a silicon nitride layer and thus remains metallizable. Since, for technical reasons, the trench width b can not fall below a predetermined minimum value and the Siiiciumwafer is relatively thin, the angle alpha should have a certain minimum size. However, the angle alpha may not be too large, since. this can lead to problems with the metallization of the trench. Preferably, the angle alpha is greater than 15 °, more preferably greater than 20 °, particularly preferably greater than 25 °.
  • angle alpha is greater than 30 °, more preferably greater than 35 °, particularly preferably greater than 40 °.
  • the angle alpha is approximately 45 °.
  • a further advantage of the method according to the invention is that it can be used to produce buried contact structures in monocrystalline and polycrystalline silicon wafers.
  • the Siiiciumwafer is therefore according to another embodiment, a monocrystalline Siiiciumwafer, according to another further embodiment, a polycrystalline Siiiciumwafer.
  • the invention further relates to a solar cell with recessed contact structures, which was prepared by the process according to the invention.
  • the following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings to explain the invention. It shows:
  • FIG. 1 Schematic cross-sectional view of a solar cell with a recessed contact structure.
  • a solar cell generally designated by the reference numeral 10
  • the solar cell 10 includes a silicon wafer 15 whose one side surface is coated with a metal 26, for example, nickel, copper and silver forming a positive electrode, and the other side surface of which is coated with silicon nitride 40 deposited by the PECVD method Antireflection layer is used.
  • the three-layered silicon wafer 15 comprises a two-layered base 20 and a single-layered emitter 30 with a selective emitter structure adjoining the base 20.
  • the base 20 comprises a first layer 22 having a lower concentration of impurities (p-type layer) and a second layer 24 having a higher concentration of impurities (p (+) layer) adjoining the first layer 22, wherein the Layer 22 side facing away from the layer 24, the positive electrode 26 adjacent.
  • a trench 50 with a width b symbolized by the double arrow 52 and with a depth t symbolized by the double arrow 54 is introduced into the silicon wafer at an angle 56 alpha to the normal 58 of the wafer surface.
  • the trench 50 has a parallelogram-shaped cross-section, wherein the depth t, the width b and the angle 56 alpha of the relationship sin alpha> b / t follow, which is why in a vertical plan view of the wafer 15 from the emitter 30 of the bottom 51 of the trench 50th is covered.
  • the emitter 30 has a selective emitter structure, ie the emitter comprises regions having mutually different concentrations of foreign atoms.
  • the emitter 30 comprises regions 32 (n (+) regions) with a lower concentration and a region 34 (n (++) region) with a higher concentration of impurities.
  • the surface regions of the wafer 15 visible from the emitter 30 in a vertical plan view are essentially formed by the less doped regions 32, while the non-visible recessed surface regions are formed by the higher doped region 34, which is the predominant part of the Boundary surface of the trench 50 forms.
  • the side surfaces of the emitter 30 facing away from the base 20 are partially coated with PECVD-deposited silicon nitride or with a three-layer metal layer 60 comprising a nickel, copper and silver layer forming a negative electrode.
  • the regions 32 (n (+) regions) are coated with silicon nitride, while the concealed region 34 (n (++) region) bounding the trench 50 is coated with the metal layer 60. Since essentially no shading of the emitter 30 by metallized regions thereby occurs, the solar cell 10 has an increased efficiency.
  • the corresponding solar cells are also referred to as "angled buried contact blocks" (ABC cells) for producing a solar cell with a selective emitter, the second b) for producing a solar cell with a homogeneous emitter
  • ABS cells angled buried contact blocks
  • p-type silicon was used as the starting material
  • the inclined trenches or more specifically, the trenches introduced into the surface of a front surface of a silicon wafer at an angle alpha to the normal of the surface were produced by means of a wafer saw.
  • a 10 ⁇ / sq phosphorus diffusion was performed, whereby the barrier effect of the silicon nitride was diffusion only in the uncoated areas within the trenches and on the uncoated wafer backside.
  • Metallization of the front and back contacts was by electroless nickel, copper and silver deposition.
  • Steps 1 to 3 correspond to the respective steps 1 to 3 listed under a).
  • silane nitride layer was deposited on the front side of the wafer.
  • the deposition was directed, perpendicular to the wafer surface, so that the silicon nitride deposited only on the visible at a vertical plan view of the front areas.

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Abstract

The invention relates to a method for producing sunk contact structures in a silicon wafer for solar cells. In order to provide a method for producing sunk contact structures in a silicon wafer for solar cells which can be carried out in a production-technologically simple and thus cost-effective manner and permits the production of solar cells having a higher efficiency, it is proposed that the method comprises the following method steps: a) introducing a trench having a width b and having a depth t into a surface of a front side of the silicon wafer at an angle alpha with respect to the normal to the surface; b) masking the regions of the surface of the silicon wafer that are visible in the case of a perpendicular plan view of the front side, by depositing an electrically non-conductive layer by means of directional deposition; c) introducing electrically conductive material into the trench.

Description

Verfahren zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in einem Siliciumwafer für Solarzellen und Solarzelle Process for producing buried contact structures in a silicon wafer for solar cells and solar cell
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteilung von versenkten Kontaktstrukturen in einem Siliciumwafer für Solarzellen.The invention relates to a method for the production of buried contact structures in a silicon wafer for solar cells.
Solarzellen sind Bauelemente, die Licht in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen in der Regel aus einem aus einem Halbleitermaterial gebildeten Wafer, der Bereiche oder Schichten unterschiedlicher Dotierung, so genannte n- bzw. p-leitende Schichten, enthält. Diese Schichten werden als Emitter bzw. Basis bezeichnet. Durch einfallendes Licht erzeugte positive und negative Ladungsträger werden getrennt und können durch an den jeweiligen Schichten vorgesehene metallische Kontakte abgeführt werden. Zur nutzbaren elektrischen Leistung der Solarzellen tragen dabei nur solche Ladungsträger bei, welche die- Kontakte erreichen und nicht vorher mit einem jeweils anderen Ladungsträger rekombinieren.Solar cells are devices that convert light into electrical energy. They usually consist of a wafer formed from a semiconductor material, which contains regions or layers of different doping, so-called n-type or p-type layers. These layers are referred to as emitter or base. Positive and negative charge carriers generated by incident light are separated and can be dissipated by metallic contacts provided on the respective layers. Only usable charge carriers which reach the contacts and do not previously recombine with a respective other charge carrier contribute to the usable electrical power of the solar cells.
Die metallischen Kontakte werden in der Regel durch Aufdampfen von Metall, das anschließend galvanisch verdickt wird, durch stromlose Abscheidung von Nickel, Kupfer und Silber oder durch Aufdrucken einer Metallpaste auf die Oberfläche der zu kontaktierenden Bereiche hergestellt. Wenn sich diese Bereiche zum Beispiel nicht über die gesamte Oberfläche einer Seite der Solarzellen erstrecken, sondern das Metall nur stellenweise aufgebracht werden darf, wird dies zum Beispiel durch die Verwendung von Masken bei der Herstellung von Solarzellen bewerkstelligt.The metallic contacts are usually made by vapor deposition of metal, which is then galvanically thickened, by electroless deposition of nickel, copper and silver or by printing a metal paste on the surface of the areas to be contacted. For example, if these areas do not extend over the entire surface of one side of the solar cells, but the metal may be applied only in places, this is accomplished, for example, by the use of masks in the manufacture of solar cells.
Beim Aufdampfen von Metall wird üblicherweise zuerst eine photolithographisch hergestellte Lackmaske direkt auf eine Oberfläche aufgetragen. Der zu kontaktierende Bereich der Oberfläche wird dann von dem Lack befreit und danach wird eine Metallschicht mittels Metalldampf ganzflächig auf die freigelegte Region und auf die Lackoberfiäche abgeschieden. Anschließend wird die Lackmaske entfernt, so dass nur auf dem zuerst freigelegten Oberflächenbereich eine Metallschicht verbleibt. Eine andere Möglichkeit der Strukturierung besteht im Auflegen bzw. Aufklemmen einer Schattenmaske auf die zu kontaktierende Schicht. Zum Aufbringen des Metalls sind auch Druckverfahren anwendbar. Auch hierbei werden Masken, beispielsweise Siebdruckmasken oder vorgeformte Klischees (Stempel- oder Tampondruck), eingesetzt.In the vapor deposition of metal, a photolithographically produced resist mask is usually first applied directly to a surface. The area of the surface to be contacted is then freed from the lacquer and then a metal layer is deposited over the entire surface of the exposed region and onto the lacquer surface by means of metal vapor. Subsequently, the resist mask is removed so that a metal layer remains only on the first exposed surface area. Another possibility of structuring consists in placing or clamping a shadow mask on the layer to be contacted. For applying the metal and printing methods are applicable. Again, masks, such as screen masks or preformed clichés (stamp or pad printing) used.
Für Solarzellen werden die Metallkontakte meist in einer kammartigen Form ausgebildet, d. h. sie bilden so genannte Grids. In der einfachsten Form bestehen Solarzellen aus ganzflächigen Basis- und Emitterbereichen, wobei der Emitter meist auf der dem Licht zugewandten Seite, d. h. der Vorderseite der Solarzelle, liegt. Dadurch kann die Basis durch ganzflächiges Aufbringen von Metall auf der Rückseite kontaktiert werden.For solar cells, the metal contacts are usually formed in a comb-like shape, d. H. they form so-called grids. In the simplest form, solar cells consist of full-surface base and emitter regions, the emitter usually being on the side facing the light, i. H. the front of the solar cell, lies. Thus, the base can be contacted by full-surface application of metal on the back.
Der Emitter wird in der Regel mit einem Grid kontaktiert, um möglichst wenig Licht durch Reflexion am Metallkontakt für die Umwandlung in elektrische Energie zu verlieren. Man spricht hier von der Abschattung der Solarzelle durch die Kontaktierung. Je geringer die Abschattung, d. h. je mehr Licht in die Solarzelle gelangen kann, desto größer ist die Stromausbeute der Zelle pro Fläche und somit der Wirkungsgrad der Solarzelle. Um einen Stromtransport mit geringem Widerstand zu garantieren, darf der Abstand der sogenannten Gridfinger des Grids nicht zu groß und die Anzahl und der Querschnitt der Gridfϊnger nicht zu klein gewählt werden. Eine gewisse Abschattuπg muss somit in Kauf genommen werden.The emitter is usually contacted with a grid to lose as little light as possible by reflection on the metal contact for conversion into electrical energy. One speaks here of the shading of the solar cell by the contact. The lower the shading, d. H. The more light that can enter the solar cell, the greater the current efficiency of the cell per area and thus the efficiency of the solar cell. In order to guarantee a current transport with low resistance, the distance of the so-called grid fingers of the grid may not be too large and the number and cross section of the Gridfϊnger not be too small. A certain Abschattuπg must therefore be accepted.
Eine Möglichkeit, die Abschattung durch die Metallkontakte zu verringern, besteht darin, die Gridfinger hoch und schmal auszubilden. Dadurch wird die von-den Kont-a+ä-en-abgedeε-kte Solarzellenfläche verringert, ohne den Querschnitt und damit die Leitfähigkeit des Grids zu verringern. Das Verfahren erfordert jedoch eine spezielle Lackmaske, die sicherstellt, dass während der galvanischen Verdickung des aufgedampften Metalls das Grid nur in die Höhe wächst, wobei außerdem zu berücksichtigen ist, dass sich bei schmalen Gridfingern die Kontaktfläche zwischen dem Emitter und dem Grid verringert. Das Aufdrucken solch feiner Kontakte ist nach dem heutigen Stand der Technik nicht möglich.One way to reduce the shading caused by the metal contacts is to make the grid fingers tall and narrow. As a result, the solar cell area which is reduced by the contact area is reduced, without reducing the cross section and thus the conductivity of the grid. However, the process requires a special resist mask which ensures that during the galvanic thickening of the vapor deposited metal, the grid only grows in height, also taking into account that with narrow grid fingers, the contact area between the emitter and the grid decreases. The printing of such fine contacts is not possible in the current state of the art.
In der US 4726850 wird ein Konzept der so genannten "buried contact cell", einer Solarzelle mit versenkten Kontakten, vorgestellt, die in der Literatur auch als vergrabene Kontakte bezeichnet werden. Dieses basiert auf durch Laser in einem Wafer erzeugte Gräben, die mit Metall gefüllt werden, wobei die Gräben beispielsweise auch mit so genannten Wafersägen ausgebildet werden können. Beim Einbringen der Gräben in den Wafer steht der Laserstrahl bzw. das Sägeblatt senkrecht auf der Waferoberfläche, so dass die resultierenden Gräben U-förmig ausgebildet sind und senkrecht zur Waferoberfläche in den Wafer hineinragen. Die so hergestellten Solarzellen weisen den Nachteil auf, dass nach der Metallisierung der Gräben, beispielsweise durch stromloses Plattieren mit zunächst Nickel, dann Kupfer und dann Silber, Abschattungsverluste entstehen. Diese beruhen unter anderem darauf, dass Licht, welches auf die metallisierten Bereiche der Solarzelle trifft, reflektiert wird und daher nicht von einer Solarzelle in Strom umgewandelt werden kann, wobei die Abschattungsverluste direkt von der Breite der Gräben abhängen.In US 4726850 a concept of the so-called "buried contact cell", a solar cell with recessed contacts, presented, which are referred to in the literature as a buried contacts. This is based on trenches produced by lasers in a wafer which are filled with metal, wherein the trenches can also be formed, for example, with so-called wafer saws. When the trenches are introduced into the wafer, the laser beam or the saw blade is perpendicular to the wafer surface, so that the resulting trenches are U-shaped are formed and protrude perpendicular to the wafer surface in the wafer. The solar cells thus produced have the disadvantage that after the metallization of the trenches, for example by electroless plating with initially nickel, then copper and then silver, shading losses occur. These are based inter alia on the fact that light which strikes the metallized areas of the solar cell is reflected and therefore can not be converted into electricity by a solar cell, the shading losses being directly dependent on the width of the trenches.
Um die Abschattungsverluste zu reduzieren, kann bei dem vorgenannten Konzept beispielsweise die Grabenbreite verringert werden. Die Ausbildung schmalerer Gräben kann jedoch zu anderen Problematiken führen. So sind beispielsweise für das Einbringen von Gräben in Siliciumwafern geeignete Laser derzeit nicht in der Lage, beliebig schmale Gräben in die Oberfläche von Siliciumwafern einzubringen. Ferner, da das Metall in den Gräben der Solarzelle zum Abtransport von Strom dient und für diese Funktion ein Mindestquerschnitt des Metalls und somit des Grabens notwendig ist, kann die Grabenbreite nicht beliebig verringert werden. Des Weiteren wirkt es sich nachteilig auf den Wirkungsgrad einer Solarzelle aus, wenn man die Grabenbreite unterhalb eines gewissen Wertes verringert, da dann die Kontaktfläche zwischen dem Wafer und dem Metall zu gering werden kann.In order to reduce shading losses, for example, in the aforementioned concept, the trench width can be reduced. However, the formation of narrower trenches can lead to other problems. For example, for the introduction of trenches in silicon wafers, suitable lasers are currently not capable of introducing arbitrarily narrow trenches into the surface of silicon wafers. Further, since the metal is used in the trenches of the solar cell for the removal of electricity and for this function, a minimum cross section of the metal and thus the trench is necessary, the trench width can not be arbitrarily reduced. Furthermore, it has an adverse effect on the efficiency of a solar cell, if one reduces the trench width below a certain value, since then the contact area between the wafer and the metal can be too small.
Theoretisch könnte den beiden letzteren angesprochenen Problematiken durch eine Vergrößerung der Grabentiefe begegnet werden. In fertigungstechnischer Hinsicht bringt dies jedoch andere Probleme mit sich, so z.B. eine verringerte Stabilität des~Wafers-urrd- Schwierigkeiten bei der Metallisierung der Gräben.Theoretically, the two latter problems mentioned could be countered by increasing the depth of the trench. In manufacturing point of view, however, this brings other problems, such as reduced stability of wafer-urrd- ~ difficulties in the metallization of the trenches.
Eis ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in einem Siliciumwafer für Solarzellen bereitzustellen, das auf fertigungstechnisch einfache und damit kostengünstige Weise durchgeführt werden kann und die Herstellung von Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad erlaubt.Ice is therefore an object of the present invention to provide a method for producing recessed contact structures in a silicon wafer for solar cells, which can be carried out in a simple manufacturing and thus cost-effective manner and allows the production of solar cells with a higher efficiency.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten gelöst:This object is achieved according to the invention by a method having the following method steps:
a) Einbringen eines Grabens mit einer Breite b und mit einer Tiefe t in eine Oberfläche einer Vorderseite des Siliciumwafers unter einem Winkel alpha zur Normalen der Oberfläche; b) Maskieren der bei senkrechter Draufsicht auf die Vorderseite sichtbaren Bereiche der Oberfläche des Siliciumwafers durch Ablagerung einer elektrisch nichtleitenden Schicht mittels gerichteter Abscheidung; c) Einbringen von elektrisch leitfähigem Material in den Graben.a) introducing a trench having a width b and a depth t in a surface of a front side of the silicon wafer at an angle alpha to the normal of the surface; b) masking the areas of the surface of the silicon wafer which are visible in a vertical plan view on the front side by depositing an electrically non-conductive layer by means of directional deposition; c) introducing electrically conductive material into the trench.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Graben mit einer Breite b und mit einer Tiefe t in die Oberfläche der Vorderseite des Siliciumwafers unter einem Winkel alpha zur Normalen der Oberfläche, d. h. schräg zur Normalen, eingebracht. Dies kann beispielsweise mittels eines Lasers, einer Wafersäge oder mittels anisotropen Ätzens erfolgen, wobei der Graben beispielsweise sowohl einen U-förmigen als auch einen parallelogrammförmigen Querschnitt aufweisen kann. Durch das Maskieren der lediglich der bei senkrechter Draufsicht auf die Vorderseite sichtbaren Bereiche der Oberfläche des Siliciumwafers durch Ablagerung einer elektrisch nichtleitenden Schicht mittels gerichteter Abscheidung verbleiben entsprechend nicht sichtbare Bereiche der Oberfläche der Vorderseite des Siliciumwafers, welche den Graben begrenzen, unmaskiert. Dabei kann die elektrisch nichtleitfähige Schicht sowohl als Antireflexionsschicht, als Diffusionsbarriere als auch als Plattiermaske für die Metallisierung des Grabens dienen.In the method according to the invention, a trench having a width b and a depth t in the surface of the front side of the silicon wafer at an angle alpha to the normal of the surface, i. H. obliquely to the normal, introduced. This can be done for example by means of a laser, a wafer saw or by means of anisotropic etching, wherein the trench, for example, can have both a U-shaped and a parallelogram-shaped cross-section. By masking only the areas of the surface of the silicon wafer which are visible on a vertical plan view by depositing an electrically nonconductive layer by means of directed deposition, areas of the surface of the front side of the silicon wafer bounding the trench which are not visible remain unmasked. In this case, the electrically nonconductive layer can serve both as an antireflection layer, as a diffusion barrier and as a plating mask for the metallization of the trench.
Da sich beim Einbringen von elektrisch leitfähigem Material in den Graben, beispielsweise mittels Plattieren, das Metall nur auf den nicht mit der Schicht aus elektrisch nichtleitendem Material maskierten Bereichen abscheidet, sind die metallisierten Bereiche somit bei senkrechtem Blick auf die Vorderseite derSoiarzelte im Wesentlichen nicht sichtbar, sondern sind nahezu vollständig verdeckt. Somit tritt im Wesentlichen keine Abschattung mehr durch die metallisierten Bereiche auf, was den Wirkungsgrad von dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfenen Solarzellen erhöht.Since when introducing electrically conductive material into the trench, for example by means of plating, the metal is deposited only on the areas not masked with the layer of electrically nonconductive material, the metallized areas are thus substantially invisible when the vertical side of the so-called solar tent is viewed perpendicularly, but are almost completely obscured. Thus, substantially no shading occurs through the metallized areas, which increases the efficiency of the inventive process subjected to solar cells.
Die im Stand der Technik bekannten Solarzellen mit versenkten Kontakten werden in der Regel mit einer elektrisch nichtleitenden Schicht versehen, die als Antireflexionsschicht, als Diffusionsbarriere sowie als Plattiermaske bei der Metallisierung der Gräben dienen kann. Diese Schicht wird in der Regel mittels der als Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) bekannten Technik auf dem Wafer abgeschieden. Dabei werden auch Randbereiche der Waferrückseite mit dem elektrisch nichtleitenden Material bedeckt, das in einem gesonderten Schritt, beispielsweise mittels Plasmaätzen, entfernt werden muss. Bei der gerichteten Abscheiduπg der Schicht kann dieser zusätzliche Schritt vermieden werden, da unter Anwendung einer gerichteten Abscheidung eine unerwünschte Abscheidung von elektrisch nichtleitendem Material auf der Rückseite des Wafers nicht stattfindet.The solar cells with recessed contacts known in the prior art are generally provided with an electrically non-conductive layer, which can serve as an antireflection layer, as a diffusion barrier and as a plating mask in the metallization of the trenches. This layer is typically deposited on the wafer by the technique known as Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). In this case, edge regions of the wafer back side are covered with the electrically non-conductive material, which must be removed in a separate step, for example by means of plasma etching. In the directional deposition of the layer, this additional step can be avoided since, using a directional deposition, undesired deposition of electrically non-conductive material on the back of the wafer does not take place.
Bei dem Siliciumwafer kann es sich dabei um einen undotierten oder einen bereits dotierten Siliciumwafer handeln.The silicon wafer may be an undoped or an already doped silicon wafer.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in monokristallinen und polykristallinen Siliciumwafern geeignet ist.A further advantage of the method according to the invention is that it is suitable for producing buried contact structures in monocrystalline and polycrystalline silicon wafers.
Vorzugsweise wird die gerichtete Abscheidung in Form einer gerichteten Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) durchgeführt. Ein Vorteil ist, dass dann ein im Stand der Technik bekannter Verfahrensschritt mit mittlerer Temperatur, beispielsweise die LPCVD- Siliciumnitridabscheidung, durch einen Verfahrensschritt, beispielsweise der PECVD- Siliciumnitridabscheidung, ersetzt ist, der bei tieferen Temperaturen erfolgt.Preferably, the directional deposition is carried out in the form of a directed plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). One advantage is that a medium temperature process step known in the art, such as LPCVD silicon nitride deposition, is then replaced by a process step, such as PECVD silicon nitride deposition, which occurs at lower temperatures.
Gemäß einer fertigungstechnisch einfach durchzuführenden und damit kostengünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Graben mechanisch in die Oberfläche des Siliciumwafers eingebracht. Vorzugsweise wird der Graben eingefräst oder eingeschnitten, beispielsweise mit einer Wafersäge.According to an embodiment of the method according to the invention which is simple to perform and therefore cost-effective, the trench is introduced mechanically into the surface of the silicon wafer. Preferably, the trench is milled or cut, for example with a wafer saw.
Alternativ zu der mechanischen Variante kann gemäß einer anderen bevorzugten Ausfühf uπgsform- derGraberr mittels eines Lasers in die Oberfläche- des Silidumwafers eingebracht werden.As an alternative to the mechanical variant, according to another preferred embodiment of the invention, the grain can be introduced into the surface of the silidum wafer by means of a laser.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die elektrisch nichtleitende Schicht von einer Siliciumnitridschicht ausgebildet. Siliciumnϊtrid hat vorteilhafte Eigenschaften bezüglich Antireflexion, bildet eine Diffusionsbarriere aus und kann gleichzeitig auch als Plattiermaske für die Metallisierung des Grabens dienen.According to a further preferred embodiment of the invention, the electrically non-conductive layer is formed by a silicon nitride layer. Silicon nitride has advantageous properties with respect to antireflection, forms a diffusion barrier and can simultaneously serve as a plating mask for the metallization of the trench.
Bei im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in einem Siliciumwafer für Solarzellen werden Gräben zwischen Hochtemperaturprozessschritten in den Wafer eingebracht, was einen Reinigungsschritt nach der Erzeugung der Gräben notwendig macht, da bei der Einbringung der Gräben Laser-, Säge- bzw. Frässchäden entstehen, die entfernt werden müssen, beispielsweise mittels Ätzen. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Graben in den Siliciumwafer eingebracht, bevor dieser einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird, d. h. beispielsweise vor einer Dotierung des Siliciumwafers. Das Ätzen des Einbringungsschadens kann dann beispielsweise mit der Standard-Texturierung oder einer anderen Anfangsbehandlung des Wafers verbunden werden. Dadurch wird die Anzahl der Verfahrensschritte vermindert und damit das Verfahren kostengünstiger.In known in the prior art method for producing recessed contact structures in a silicon wafer for solar cells trenches between high temperature process steps are introduced into the wafer, which requires a cleaning step after the creation of the trenches, as in the introduction of the trenches laser, sawing or Milling damage occurs that must be removed, for example by etching. According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the trench is introduced into the silicon wafer before this one Subjected to high temperature treatment, ie, for example, before doping of the silicon wafer. The etching of the insertion damage may then be associated, for example, with the standard texturing or other initial treatment of the wafer. As a result, the number of process steps is reduced and thus the process cheaper.
Um zu gewährleisten, dass der Boden des Grabens nicht mit einer Siliciumnitridschicht beschichtet wird und damit dieser vollständig metallisierbar ist, folgen der Winkel alpha, die Tiefe t und die Breite b des Grabens der Beziehung sin alpha > b/t.In order to ensure that the bottom of the trench is not coated with a silicon nitride layer and that it is completely metallizable, the angle alpha, the depth t and the width b of the trench follow the relationship sin alpha> b / t.
Bei vorgegebener Grabenbreite b und bei vorgegebem Winke! alpha muss der Graben eine bestimmte Tiefe t aufweisen, damit der Boden des Grabens nicht mit einer Siliciumnitridschicht beschichtet wird und somit metallisierbar bleibt. Da aus technischen Gründen die Grabenbreite b einen vorgegebenen Minimalwert nicht unterschreiten kann und der Siiiciumwafer verhältnismäßig dünn ist, sollte der Winkel alpha eine gewisse Mindestgröße aufweisen. Der Winkel alpha darf allerdings auch nicht zu groß gewählt sein, da. daraus Probleme bei der Metallisierung des Grabens erwachsen können. Vorzugsweise ist der Winkel alpha größer als 15 °, weiter bevorzugt größer als 20 °, besonders bevorzugt größer als 25 °.For a given trench width b and at given angle! alpha, the trench must have a certain depth t, so that the bottom of the trench is not coated with a silicon nitride layer and thus remains metallizable. Since, for technical reasons, the trench width b can not fall below a predetermined minimum value and the Siiiciumwafer is relatively thin, the angle alpha should have a certain minimum size. However, the angle alpha may not be too large, since. this can lead to problems with the metallization of the trench. Preferably, the angle alpha is greater than 15 °, more preferably greater than 20 °, particularly preferably greater than 25 °.
Weiter bevorzugtest der Winkel alpha größer als 30 °, weiter bevorzugt größer als 35 °, besonders bevorzugt größer als 40 °.Furthermore, the angle alpha is greater than 30 °, more preferably greater than 35 °, particularly preferably greater than 40 °.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der Winkel alpha ungefähr 45 °.According to a further preferred embodiment of the method, the angle alpha is approximately 45 °.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass es zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in monokristallinen und polykristallinen Siliciumwafern eingesetzt werden kann. Der Siiiciumwafer ist daher gemäß einer weiteren Ausführungsform ein monokristalliner Siiiciumwafer, gemäß einer anderen weiteren Ausführungsform ein polykristalliner Siiiciumwafer.A further advantage of the method according to the invention is that it can be used to produce buried contact structures in monocrystalline and polycrystalline silicon wafers. The Siiiciumwafer is therefore according to another embodiment, a monocrystalline Siiiciumwafer, according to another further embodiment, a polycrystalline Siiiciumwafer.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solarzelle mit versenkten Kontaktstrukturen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigt:The invention further relates to a solar cell with recessed contact structures, which was prepared by the process according to the invention. The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings to explain the invention. It shows:
Rg. 1: Schematische Querschnittansicht einer Solarzelle mit einer versenkten Kontaktstruktur.FIG. 1: Schematic cross-sectional view of a solar cell with a recessed contact structure.
In der Rg. 1 ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Solarzelle mit einer versenkten Kontaktstruktur gezeigt, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Die Solarzelle 10 umfasst einen Siliciumwafer 15, dessen eine Seitenfläche mit einem Metall 26 beschichtet ist, beispielsweise mit Nickel, Kupfer und Silber, welches eine positive Elektrode ausbildet, und dessen andere Seitenfläche mit mittels des PECVD-Verfahrens abgeschiedenem Siliciumnitrid 40 beschichtet ist, das als Antireflexionsschicht dient.In FIG. 1, a solar cell, generally designated by the reference numeral 10, is shown with a buried contact structure, which was produced by means of the method according to the invention. The solar cell 10 includes a silicon wafer 15 whose one side surface is coated with a metal 26, for example, nickel, copper and silver forming a positive electrode, and the other side surface of which is coated with silicon nitride 40 deposited by the PECVD method Antireflection layer is used.
Der dreischichtige Siliciumwafer 15 umfasst eine zweischichtige Basis 20 sowie einen an der Basis 20 angrenzenden einschichtigen Emitter 30 mit einer selektiven Emitterstruktur. Die Basis 20 umfasst eine erste Schicht 22 mit einer geringeren Konzentration an Fremdatomen (p- Schicht) und eine sich an die erste Schicht 22 anschließende zweiten Schicht 24 mit einer höheren Konzentration an Fremdatomen (p(+)-Schicht), wobei an der der Schicht 22 abgewandten Seite der Schicht 24 die positive Elektrode 26 angrenzt.The three-layered silicon wafer 15 comprises a two-layered base 20 and a single-layered emitter 30 with a selective emitter structure adjoining the base 20. The base 20 comprises a first layer 22 having a lower concentration of impurities (p-type layer) and a second layer 24 having a higher concentration of impurities (p (+) layer) adjoining the first layer 22, wherein the Layer 22 side facing away from the layer 24, the positive electrode 26 adjacent.
Seitens des Emitters 30 ist ein Graben 50 mit einer durch den Doppelpfeil 52 symbolisierten Breite b und mit einer durch den Doppelpfeil 54 symbolisierten Tiefe t in den Siliciumwafer unter einem Winkel 56 alpha zur Normalen 58 der Waferoberfläche eingebracht. Der Graben 50 weist einen parallelogrammförmigen Querschnitt auf, wobei die Tiefe t, die Breite b und der Winkel 56 alpha der Beziehung sin alpha > b/t folgen, weshalb bei senkrechter Draufsicht auf den Wafer 15 seitens des Emitters 30 der Boden 51 des Grabens 50 verdeckt ist.On the side of the emitter 30, a trench 50 with a width b symbolized by the double arrow 52 and with a depth t symbolized by the double arrow 54 is introduced into the silicon wafer at an angle 56 alpha to the normal 58 of the wafer surface. The trench 50 has a parallelogram-shaped cross-section, wherein the depth t, the width b and the angle 56 alpha of the relationship sin alpha> b / t follow, which is why in a vertical plan view of the wafer 15 from the emitter 30 of the bottom 51 of the trench 50th is covered.
Wie bereits oben erwähnt, weist der Emitter 30 eine selektive Emitterstruktur auf, d. h. der Emitter umfasst Bereiche mit voneinander verschiedener Konzentration an Fremdatomen. Im vorliegenden Fall umfasst der Emitter 30 Bereiche 32 (n(+)-Bereiche) mit einer geringeren Konzentration und einen Bereich 34 (n(++)-Bereich) mit einer höheren Konzentration an Fremdatomen. Dabei werden die bei senkrechter Draufsicht auf den Wafer 15 seitens des Emitters 30 sichtbaren Oberflächenbereiche des Wafers 15 im Wesentlichen von den geringer dotierten Bereichen 32 gebildet, während die nicht sichtbaren, versenkten Oberflächenbereiche von dem höher dotierten Bereich 34 ausgebildet werden, welcher den überwiegenden Teil der Begrenzungsfläche des Grabens 50 bildet. Die der Basis 20 abgewandten Seitenflächen des Emitters 30 sind bereichsweise mit PECVD- abgeschiedenem Siliciumnitrid oder mit einer dreilagigen Metallschicht 60, umfassend eine Nickel-, Kupfer- und Silberschicht, beschichtet, die eine negative Elektrode ausbildet. Dabei sind die Bereiche 32 (n(+)-Bereiche) mit Siliciumnitrid beschichtet, während der den Graben 50 begrenzende verdeckte Bereich 34 (n(++)-Bere/ch) mit dem Metallscnicht 60 beschichtet ist. Da dadurch im Wesentlichen keine Abschattung des Emitters 30 durch metallisierte Bereiche auftritt, weist die Solarzelle 10 einen erhöhten Wirkungsgrad auf.As already mentioned above, the emitter 30 has a selective emitter structure, ie the emitter comprises regions having mutually different concentrations of foreign atoms. In the present case, the emitter 30 comprises regions 32 (n (+) regions) with a lower concentration and a region 34 (n (++) region) with a higher concentration of impurities. In this case, the surface regions of the wafer 15 visible from the emitter 30 in a vertical plan view are essentially formed by the less doped regions 32, while the non-visible recessed surface regions are formed by the higher doped region 34, which is the predominant part of the Boundary surface of the trench 50 forms. The side surfaces of the emitter 30 facing away from the base 20 are partially coated with PECVD-deposited silicon nitride or with a three-layer metal layer 60 comprising a nickel, copper and silver layer forming a negative electrode. In this case, the regions 32 (n (+) regions) are coated with silicon nitride, while the concealed region 34 (n (++) region) bounding the trench 50 is coated with the metal layer 60. Since essentially no shading of the emitter 30 by metallized regions thereby occurs, the solar cell 10 has an increased efficiency.
Obwohl in den Ausführungsbeispielen nur die Anwendung bei Solarzellen dargestellt wurde, lässtsich das^erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich entsprechend auch auf andere Halbleiterbaueiemente übertragen.Although only the application of the method of the invention ^ was naturally transferred according to other Halbleiterbaueiemente in the embodiments illustrated in solar cells, lässtsich.
Im Folgenden werden zwei erfiπdungsgemäße Verfahren erläutert, mittels derer jeweils die versenkte Kontaktsruktur der in der Figur 1 gezeigten Solarzelle hergestellt wurde.In the following, two methods according to the invention will be explained, by means of which in each case the countersunk contact structure of the solar cell shown in FIG. 1 was produced.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Graben unter einem Winkel alpha in den Silidumwafer eingebracht wird und die Kontaktstruktur in dem Wafer versenkt wird, werden die entsprechenden Solarzellen auch als „Angled Buried Contact CeIIs" (ABC-Zellen) bezeichnet. Das erste Verfahren a) dient zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter, das zweite b) zur Herstellung einer Solarzelle mit einem homogenen Emitter. Für beide Verfahren wurde p- Typ Silicium als Ausgangsmaterial verwendetIn the method according to the invention, since the trench is introduced into the silidum wafer at an angle alpha and the contact structure is buried in the wafer, the corresponding solar cells are also referred to as "angled buried contact blocks" (ABC cells) for producing a solar cell with a selective emitter, the second b) for producing a solar cell with a homogeneous emitter For both methods, p-type silicon was used as the starting material
a) Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsforma) Method according to a first embodiment
1. Erzeugung schräger Gräben1. Generation of sloping trenches
Die geneigten Gräben, oder genauer gesagt, die in die Oberfläche einer Vorderseite eines Siliciumwafers unter einem Winkel alpha zur Normalen der Oberfläche eingebrachten Gräben wurden mittels einer Wafersäge erzeugt.The inclined trenches, or more specifically, the trenches introduced into the surface of a front surface of a silicon wafer at an angle alpha to the normal of the surface were produced by means of a wafer saw.
2. Ätzen der Sägeschäden / Texturieren2. Etching the sawing damage / texturing
Der durch das Sägen entstandene Kristallschaden in den Gräben wurde mittels einer Natriumhydroxid (NaOH)-Lösung weggeätzt. Dieser Schritt kann mit einer Texturierung der Wafervorderseite kombiniert werden. Für polykristallines Silicium kann eine Isotextur- Lösung und für monokristallines Silicium eine KOH/IPA-lösung anstatt der NaOH-Lösung verwendet werden.Sawed crystal damage in the trenches was etched away using a sodium hydroxide (NaOH) solution. This step can be combined with texturing the wafer front. For polycrystalline silicon, an isotexture Solution and for monocrystalline silicon a KOH / IPA solution can be used instead of the NaOH solution.
3. Reinigung vor der Diffusion3. Purification before diffusion
Es wurde eine Standard-Industriereinigung durchgeführt.A standard industrial cleaning was carried out.
4. Schwache Diffusion4. Weak diffusion
Es wurde eine ganzflächige lOOΩ/sq Phosphor-Diffusion durchgeführt.It was a full-surface lOOΩ / sq phosphorus diffusion performed.
5. Entfernen des Phosphorglases5. Remove the phosphor glass
In und mittels einer Flusssäure (HF)-Lösung wurde das Phosphorglas entfernt.In and by means of a hydrofluoric acid (HF) solution, the phosphorus glass was removed.
6. Abscheiden von Siliciumnitrid6. deposition of silicon nitride
Mittels PECVD wurde eine ungefähr 110 nm dicke Siliciumnitridschicht auf der Vorderseite des Wafers abgeschieden. Dabei erfolgte die Abscheidung gerichtet, d. h. senkrecht zur Waferoberfläche, so dass sich das Siliciumnitrid nur auf den bei senkrechter Draufsicht auf die Vorderseite sichtbaren Bereichen ablagerte.By means of PECVD, an approximately 110 nm thick silicon nitride layer was deposited on the front side of the wafer. The deposition was directed, d. H. perpendicular to the wafer surface, so that the silicon nitride deposited only on the visible at a vertical plan view of the front areas.
7. Starke Diffusion7. Strong diffusion
Es wurde eine 10 Ω/sq Phosphor-Diffusion durchgeführt, wobei durch die Barrierewirkung des Siliciumnitrids eine Diffusion nur in den unbeschichteten Gebieten innerhalb der Gräben und auf der unbeschichteten Waferrückseite erfolgte.A 10 Ω / sq phosphorus diffusion was performed, whereby the barrier effect of the silicon nitride was diffusion only in the uncoated areas within the trenches and on the uncoated wafer backside.
8. Entfernen des Phosphorglases8. Remove the phosphor glass
In und mittels einer Flusssäure (HF)-Lösung wurde das Phosphorglas entfernt. Dabei wurde gleichzeitig ein Teil der Siliciumnitridschicht derart abgetragen, dass die verbleibende Siliciumnitridschicht eine optimale Dicke hinsichtlich ihrer Antireflexions- eigenschaften aufwies (die optimale Dicke hinsichtlich der Antireflexionseigenschaften beträgt ca. 75 nm). 9. Erzeugung eines rückseitigen „Back Surface Fields" (BSF) oder p+ BereichsIn and by means of a hydrofluoric acid (HF) solution, the phosphorus glass was removed. At the same time, a portion of the silicon nitride layer was removed in such a way that the remaining silicon nitride layer had an optimum thickness with regard to its antireflection properties (the optimum thickness with regard to the antireflection properties is approximately 75 nm). 9. Generation of Back Back Fields (BSF) or p + Range
Mittels einer Standard-Siebdruck Technik wurde ganzflächig Aluminium auf die Rückseite des Wafers aufgedruckt. Beim anschließenden Feuern entstand das BSF.Using a standard screen printing technique, aluminum was printed over the entire surface of the back of the wafer. The subsequent firing resulted in the BSF.
10. Wegätzen des übrigen Aluminiums10. etching away the remaining aluminum
In und mittels einer Salzsäure (HCl)-Lösung wurde das verbliebene Aluminium weggeätzt. Dieser Schritt dauert bei Zimmertemperatur etwa 20-30 Minuten.In and by means of a hydrochloric acid (HCl) solution, the remaining aluminum was etched away. This step takes about 20-30 minutes at room temperature.
11. Metallisierung11. Metallization
Die Metallisierung der vorder- und rückseitigen Kontakte erfolgte mittels stromloser Nickel-, Kupfer- und Silber-Abscheidung.Metallization of the front and back contacts was by electroless nickel, copper and silver deposition.
b) Verfahren gemäß einer .zweiten Ausführungsformb) Method according to a second embodiment
Die Schritte 1 bis 3 entsprechen den jeweiligen unter a) aufgeführten Schritten 1 bis 3.Steps 1 to 3 correspond to the respective steps 1 to 3 listed under a).
4. Diffusion4. Diffusion
Es wurde eine ganzflächige 60 Ω/sq Phosphor-Diffusion durchgeführt.A full-area 60 Ω / sq phosphorus diffusion was performed.
5. Entfernen des Phosphorglases5. Remove the phosphor glass
In und mittels einer Flusssäure (HF)-Lösung wurde das Phosphorglas entfernt.In and by means of a hydrofluoric acid (HF) solution, the phosphorus glass was removed.
6. Abscheiden von Siliciumnitrid6. deposition of silicon nitride
Mittels PECVD wurde eine ungefähr 75 nm dicke Silidumnitridschicht auf der Vorderseite des Wafers abgeschieden. Dabei erfolgte die Abscheidung gerichtet, und zwar senkrecht zur Waferoberfläche, so dass sich das Siliciumnitrid nur auf den bei senkrechter Draufsicht auf die Vorderseite sichtbaren Bereichen ablagerte. Auf der Rückseite wurde eine 20 nm dicke Silidumnitridschicht abgeschieden. Diese letztere Schicht diente als Plattierbarriere. Sie ist aber durchlässig für siebgedrucktes Aluminium.By means of PECVD, an approximately 75 nm thick silane nitride layer was deposited on the front side of the wafer. In this case, the deposition was directed, perpendicular to the wafer surface, so that the silicon nitride deposited only on the visible at a vertical plan view of the front areas. On the back, a 20 nm thick Silidumnitridschicht was deposited. This latter layer served as a plating barrier. But it is permeable to screen-printed aluminum.
7. Metallisierung der Frontseite7. Metallization of the front
Mittels stromloser Silber-Abscheidung wurden Kontakte in den Gräben erzeugt.By means of electroless silver deposition contacts were made in the trenches.
8. Erzeugung des BSFs und Metallisierung der Rückseite8. Generation of BSF and metallization of the back side
Mittels einer Standard-Siebdruck-Technik wurden Aluminium und Silber auf die Rückseite aufgedruckt. Beim anschließenden Feuern entstand unterhalb des Aluminiums das BSF. Die mit Silber bedruckten Flächen dienen der Kontaktierung. Using a standard screen-printing technique, aluminum and silver were printed on the reverse side. During the subsequent firing, the BSF developed below the aluminum. The areas printed with silver are used for contacting.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von versenkten Kontaktstrukturen in einem Siliciumwafer (15) für Solarzellen (10), umfassend die folgenden Schritte:A method of manufacturing buried contact structures in a silicon wafer (15) for solar cells (10), comprising the following steps:
a) Einbringen eines Grabens (50) mit einer Breite b und mit einer Tiefe t in eine Oberfläche einer Vorderseite des Siliciumwafers (15) unter einem Winkel (56) alpha zur Normalen (58) der Oberfläche; b) Maskieren der bei senkrechter Draufsicht auf die Vorderseite sichtbaren Bereiche der Oberfläche des Siliciumwafers (15) durch Ablagerung einer elektrisch nichtleitenden Schicht (40) mittels gerichteter Abscheidung; c) Einbringen von elektrisch leitfähigem Material (60) in den Graben (50).a) introducing a trench (50) having a width b and a depth t into a surface of a front side of the silicon wafer (15) at an angle (56) alpha to the normal (58) of the surface; b) masking the areas of the surface of the silicon wafer (15) which are visible on the front side in a vertical plan view by depositing an electrically non-conductive layer (40) by means of directional deposition; c) introducing electrically conductive material (60) into the trench (50).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (50) mechanisch in die Oberfläche des Siliciumwafers (15) eingebracht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the trench (50) is mechanically introduced into the surface of the silicon wafer (15).
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (50) in die Oberfläche des SiHciumwafers-(15) eingefräst oder eingeschnitten wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the trench (50) is milled or cut into the surface of the SiWhiumwafers- (15).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (50) mittels eines Lasers in die Oberfläche des Siliciumwafers (15) eingebracht wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the trench (50) by means of a laser in the surface of the silicon wafer (15) is introduced.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch nichtleitende Schicht (40) von einer Siliciumnitridschicht ausgebildet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrically non-conductive layer (40) is formed by a silicon nitride layer.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Graben (50) in den Siliciumwafer (15) eingebracht wird, bevor dieser einer Hochtemperaturbehandlung unterzogen wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the trench (50) is introduced into the silicon wafer (15) before it is subjected to a high temperature treatment.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (56) alpha, die Tiefe t und die Breite b der Beziehung sin alpha > b/t folgen.7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the angle (56) alpha, the depth t and the width b follow the relationship sin alpha> b / t.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (56) alpha größer ist als 15 °, vorzugsweise größer als 20 °, besonders bevorzugt größer als 30 °.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (56) alpha is greater than 15 °, preferably greater than 20 °, more preferably greater than 30 °.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (56) alpha 45 ° beträgt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle (56) is alpha 45 °.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Siliciumwafer (15) ein monokristalliner oder ein polykristalliner Siliciumwafer (15) ist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicon wafer (15) is a monocrystalline or a polycrystalline silicon wafer (15).
11. Solarzelle (10) mit versenkten Kontaktstrukturen, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 10. 11. Solar cell (10) with recessed contact structures, produced by a method according to claims 1 to 10.
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