WO2010022889A1 - Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht - Google Patents

Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht Download PDF

Info

Publication number
WO2010022889A1
WO2010022889A1 PCT/EP2009/006037 EP2009006037W WO2010022889A1 WO 2010022889 A1 WO2010022889 A1 WO 2010022889A1 EP 2009006037 W EP2009006037 W EP 2009006037W WO 2010022889 A1 WO2010022889 A1 WO 2010022889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
semiconductor
doping
local
semiconductor layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/006037
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Preu
Andreas Grohe
Daniel Biro
Jochen Rentsch
Marc Hofmann
Jan-Frederik Nekarda
Andreas Wolf
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V
Priority to EP09778000A priority Critical patent/EP2327102A1/de
Priority to KR1020117007317A priority patent/KR20110048068A/ko
Priority to US13/061,158 priority patent/US8828790B2/en
Priority to CN200980142752.9A priority patent/CN102197491B/zh
Priority to JP2011524233A priority patent/JP2012501075A/ja
Publication of WO2010022889A1 publication Critical patent/WO2010022889A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251—Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a method for local contacting and local doping of a semiconductor layer, as well as a semiconductor structure at least with a local doping.
  • Such a method is used in particular for the production of solar cells and is described for example in DE 100 46 170 A1.
  • the object of the present invention is to improve the known method in that the contact properties, in particular with regard to the recombination properties of the semiconductor surface in the area of the contact, are improved so that a further optimization of the efficiency of the solar cell is achieved and / or the manufacturing costs are further reduced ,
  • the method according to the invention for the local contacting and local doping of a semiconductor layer comprises a method step A, in which a layer structure is produced on the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer typically consists of a semiconductor wafer, such as a silicon wafer.
  • the method according to the invention can also be applied to any other semiconductor layers, for example a semiconductor layer on the surface of a multilayer structure.
  • the method step A in turn comprises method steps i. and ii., wherein in method step i. at least one intermediate layer is applied to one side of the semiconductor layer. Subsequently, in method step ii. at least one metal layer on the in step i. applied last applied intermediate layer, wherein the metal layer at least partially covers the last applied intermediate layer.
  • the intermediate layer When using the method according to the invention for producing a backside contact, the intermediate layer will typically cover substantially the entire side of the semiconductor layer and the metal layer will cover the
  • the intermediate layer substantially completely.
  • the intermediate layer only partially covers the side of the semiconductor layer and / or the metal layer only partially covers the intermediate layer.
  • the layer structure is locally heated, such that a melt mixture of at least partial regions of at least the layers of metal layer, intermediate layer and semiconductor layer briefly forms in a local region and, after solidification of the melt mixture
  • the melt mixture is preferably formed from partial regions of all intermediate layers, metal layer and semiconductor layer. Between the metal layer and the semiconductor layer there is thus an electrically conductive connection in the region of the location of the solidified melt mixture.
  • At least one intermediate layer is a doping layer.
  • This doping layer includes a dopant, wherein the dopant has a greater solid-state solubility in the semiconductor layer than the solid-state solubility of the metal of the metal layer in the semiconductor layer.
  • the invention is based on the recognition of the applicant that by the
  • the method according to the invention it is possible for the first time by local heating of the layer structure, preferably by a radiation source, in particular a laser, to simultaneously produce a local high doping and the electrical contacting between metal layer and semiconductor layer.
  • a radiation source in particular a laser
  • the inventive method has the particular advantage that the local high doping mandatory in the subregion of
  • Semiconductor layer is formed in which the electrical contact between the metal layer and the semiconductor layer takes place. A local maladjustment between the areas of local high doping and the electrical contact is thus excluded.
  • the method according to the invention furthermore has the advantage over previously known methods for local high doping that removal of the doping layer can be avoided. Rather, both the doping layer and the metal layer remain on the semiconductor structure and, for example, on the finished solar cell, so that no additional process steps for removing the doping layer are necessary.
  • the local high doping with the dopant significantly improves the contact properties, in particular reduces the contact resistance between the semiconductor layer and the metal layer, and significantly shields the interface between the semiconductor surface and the metal layer against minority carrier recombination and thus improves the electrical properties.
  • the object is further achieved by a semiconductor structure according to the invention according to claim 18.
  • the semiconductor structure comprises a
  • Semiconductor layer at least one intermediate layer on one side of the semiconductor layer and at least one metal layer which at least partially covers the intermediate layer or, in the case of a plurality of intermediate layers, the last deposited intermediate layer or the intermediate layer located farthest from the semiconductor layer, the semiconductor structure having at least one local area a solidified melt mixture of subregions of at least the layers metal layer, first layer and semiconductor layer, so that metal layer and semiconductor layer are electrically conductively connected at the location of the solidified melt mixture.
  • the solidified melt mixture is the result of a local short-term heating, which causes locally briefly a melt mixture of said layers.
  • At least one intermediate layer is a doping layer which includes a dopant, wherein the dopant has a greater solubility in the semiconductor layer than the metal of the metal layer.
  • the semiconductor structure according to the invention is preferably produced by means of the method according to the invention.
  • a minimum concentration of the dopant in the doping layer is advantageous:
  • the concentration of the dopant in the doping layer is greater than equal to 1 x10 21 cm "3. It is particularly advantageous that the concentration is greater than or equal 5x10 21 cm '. 3
  • the doping concentration of the dopant area normalized per unit area of the interface semiconductor layer / doping layer at least 2.5x10 14 cm "2, in particular at least 1 x10 15 cm" 2. If the doping layer is applied to an intermediate layer, the abovementioned values per unit area of the interface between the intermediate layer and the doping layer are advantageous.
  • the doping layer is formed as borosilicate glass.
  • the first deposited on the semiconductor layer intermediate layer has a passivating effect in terms of
  • the doping layer is applied between the semiconductor layer and metal layer, only the doping layer is applied and the doping layer is formed such that it achieves the passivation effect described above.
  • the doping layer is advantageously thinner than 1 .mu.m, in particular thinner than 500 nm. This ensures sufficient heat transfer when the heat is locally introduced to produce the melt layer.
  • the local melting takes place in a substantially point- or line-shaped region.
  • the local area in which the layers are melted advantageously has a diameter of less than 500 ⁇ m, in particular less than 200 ⁇ m. This ensures that no damage to the crystal structure of the semiconductor and thus no impairment of the electrical properties occurs in the adjacent areas in which no contact takes place.
  • a multiplicity of local contacts and local high dopings are produced by the method according to the invention.
  • the total area fraction of all local melted regions on the overall surface of the semiconductor layer is less than 20%, in particular less than 5%. Too high a proportion of high doping and electrical contacting areas would result in increased minority carrier recombination, the above percentages ensuring an optimized ratio between the local high doping contacted areas and the high passivation areas.
  • process step B a local heating of the layer structure takes place in such a way that a melt mixture is formed.
  • step B the local heating is carried out such that at least the temperature of the eutectic point of the melt mixture is achieved, in particular that the layer structure is locally heated to at least 550 degrees Celsius.
  • the method according to the invention has the advantage that no removal of the doping layer is necessary.
  • the transport of the charge carriers starting from the semiconductor layer thus takes place from the semiconductor layer over the region of the solidified melt mixture into the metal layer and from there into optionally connected external circuits or an adjacent solar cell in the case of module interconnection.
  • the metal layer is designed to minimize losses due to series resistive resistances. Therefore, it is advantageous if the doping layer has a sheet resistance which is at least a factor of 10, in particular at least a factor of 100, preferably at least a factor of 1000 greater than the sheet resistance of the metal layer, so that the current transport parallel to the surface of the semiconductor layer in Substantially in the semiconductor layer and in the metal layer, but not in the doping layer takes place.
  • the doping layer is electrically insulating. This additionally forms a barrier against undesired contacts between the metal layer and the semiconductor layer.
  • At least the first layer applied to the semiconductor layer is an optically transparent layer, in particular a layer transparent in the wavelength range from 300 nm to 1500 nm.
  • a further increase in the efficiency of the solar cell can be achieved with the method according to the invention, in which an additional intermediate layer between doping layer and metal layer is applied in an advantageous embodiment, this intermediate layer without corrosive properties to the metal layer.
  • this intermediate layer without corrosive properties to the metal layer.
  • Such layers are preferably made of the materials silicon dioxide or silicon nitride or silicon carbide.
  • an additional intermediate layer is applied between the semiconductor layer and the doping layer.
  • This intermediate layer is preferably made of silicon dioxide or amorphous silicon or amorphous silicon nitride or aluminum oxide. It is likewise within the scope of the invention to produce such an intermediate layer from a combination of the aforementioned, as described, for example, in M. Hofmann et al, Proceedings of the 21st EU PVSEC, Dresden, 2006.
  • these layers have a very good passivating effect on the surface recombination properties of the surface of the semiconductor layer.
  • a passivation layer of about 10 nm to 30 nm thickness, followed by a doping layer of about 100 nm to 200 nm thickness, then an intermediate layer without corrosive properties to a metal layer, for example a
  • Silicon nitride layer having a thickness of about 30 nm and finally a metal layer, for example an aluminum layer, with a thickness of 0.5 .mu.m to 10 .mu.m, preferably with a thickness of about 2 microns.
  • Figure 2 shows a section of the resulting layer structure at the back of the solar cell according to Figure 1 prior to local melting
  • Figure 3 shows the detail of Figure 2 after melting and solidification of the melt mixture.
  • Solar cells are devices that convert light into electrical energy. Usually they consist of a semiconductor material - usually solar cells are made of silicon - having n- or p-type semiconductor regions. The semiconductor regions are known per se as emitter or base. By incident on the solar cell light positive and negative charge carriers are generated within the solar cell, which are spatially separated at the interface between the n- (emitter) and p-doped (base) semiconductor region, the so-called pn junction. By means of metallic contacts, which are connected to the emitter and to the base, these separate charge carriers can be removed.
  • solar cells consist of full-surface base 2 and emitter regions 3, the emitter 3 being located on the side facing the light, the front side of the solar cell.
  • FIG. 1 shows a known solar cell 1.
  • the rear side of the solar cell 1 is usually provided with a full-surface metal layer 4, are applied to the appropriate back contact pads 5, for example.
  • AIAg AIAg.
  • the emitter region 3 is contacted with a metal grid 6 with the aim of losing as little light as possible by reflection on the metal contact for the solar cell, ie the metal grid 6 has a finger structure in order to cover as little solar cell surface as possible.
  • To optimize the power output of the solar cell 1 is also trying to keep the optical losses due to reflection as small as possible. This is achieved by the deposition so-called antireflection layers 7 (ARC) on the front side surface of the solar cell 1.
  • ARC antireflection layers 7
  • the layer thickness of the antireflection layers 7 is selected so that just destructive interference of the reflected light results in the most energetically important spectral range.
  • Used anti-reflective materials are for. As titanium dioxide, silicon nitride and silica.
  • a reduction in reflection can be achieved by producing a suitable surface texture by means of an etching or mechanical processing method, as is apparent from the solar cell shown in FIG.
  • the emitter region 3 as well as the anti-reflection layer 7 applied to the emitter is structured in such a way that the light incident on the structured surface of the solar cell 1 increases in the pyramid-like structures
  • the electrical contacting of the emitter 3 takes place with a metal mesh 6 which is as slender as possible, of which only a narrow contact finger is shown in FIG.
  • the antireflection layer 7 can also serve as a passivation layer, which on the one hand provides mechanical surface protection but also has intrinsic effects with regard to the reduction of surface recombination processes, which will be discussed in more detail below.
  • FIG. 2 A section of the resulting layer structure on the solar cell rear side is shown in FIG. 2, wherein the layer sequence has been reversed in FIGS. 2 and 3, ie the layer lying lowermost in the solar cell is shown at the top of FIGS. 2 and 3.
  • the rear-side contacts of this solar cell shown in FIG. 1 are advantageously produced by means of the method according to the invention. The generation is explained below with reference to FIGS. 2 and 3, which show a section of a local area in which an electrical local contact and a local high doping are generated at the rear side of the solar cell shown in FIG.
  • a silicon wafer (or silicon wafer) 8 from which the solar cell shown in FIG. 1 was produced, constitutes the semiconductor layer.
  • an approximately 10 nm thin passivating layer 9 is formed on the silicon wafer 8.
  • This doping layer 10 contains the dopant boron in a concentration of about 2 ⁇ 10 21 cm -3 .
  • an approximately 10 nm thick anti-reflection layer 1 1 is applied, which is formed as a silicon dioxide layer.
  • step A ii. the silicon dioxide layer
  • the dopant boron has a solubility of about 3 ⁇ 10 19 cm -3 in silicon compared to the much lower solubility of aluminum of 3 ⁇ 10 18 cm -3 in silicon. In the recrystallization, therefore, the boron, due to the much higher solubility, is incorporated at a much higher concentration in the crystal lattice of the silicon structure resulting from the solidification, compared to the aluminum.
  • the solidified region thus has a local boron high doping and, in addition, an electrical contact between the metal layer 12 and the silicon wafer 8 is produced (method step D).
  • the inventive method thus has advantages over the previously known method for the local contacting of a solar cell according to DE 100 46 170 A1: Due to the higher doping with boron in the area of the electrical contacting, a significantly lower recombination rate is realized at the contacts. In this way, an increased number of contact points, that is, an increased total area of the electrical contact can be realized without the increased efficiency of the solar cell would be reduced due to increased recombination. Due to the increased total area of the electrical contact, however, the electrical line resistance decreases when the charge carriers are removed from the silicon wafer via the metal layer, so that overall the efficiency of the solar cell is increased.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen einer Schichtstruktur auf der Halbleiterschicht durch i. Aufbringen mindestens einer Zwischenschicht auf eine Seite der Halbleiterschicht und ii. Aufbringen mindestens einer Metallschicht auf die in Schritt i. zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht, wobei die Metallschicht die zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht zumindest teilweise bedeckt, B lokales Erhitzen der Schichtstruktur, derart, dass sich in einem lokalen Bereich kurzzeitig eine Schmelzmischung aus zumindest Teilbereichen zumindest der Schichten: Metallschicht, Zwischenschicht und Halbleiterschicht, bildet und nach Erstarren der Schmelzmischung eine Kontaktierung zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht besteht. Wesentlich ist, dass in Schritt A, i. mindestens eine als Dotierungsschicht ausgeführte Zwischenschicht aufgebracht wird, welche einen Dotierstoff beinhaltet, wobei der Dotierstoff eine größere Löslichkeit in der Halbleiterschicht aufweist als das Metall der Metallschicht.

Description

Verfahren zur lokalen Kontaktierunq und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht, sowie eine Halbleiterstruktur zumindest mit einer lokalen Dotierung.
Es ist bekannt, eine mit wenigstens einer passivierenden, dielektrischen Schicht überzogene Oberfläche einer Halbleiterschicht derart zu kontaktieren, dass eine Metallschicht auf die dielektrische Schicht aufgebracht wird und die Metallschicht mittels einer Strahlungsquelle kurzzeitig lokal erhitzt wird. Die Erhitzung führt zu einer lokalen Schmelzmischung aus Metallschicht, dielektrischer Schicht und Halbleiter, so dass nach Erstarren der Schmelzmischung ein elektrischer Kontakt zwischen Halbleiter und Metallschicht besteht.
Ein solches Verfahren findet insbesondere zur Herstellung von Solarzellen Anwendung und ist beispielsweise in DE 100 46 170 A1 beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Kontakteigenschaften insbesondere hinsichtlich der Rekombinationseigenschaften der Halbleiteroberfläche im Bereich des Kontaktes verbessert werden, so dass eine weitere Optimierung des Wirkungsgrades der Solarzelle erzielt wird und/oder die Herstellungskosten weiter verringert werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht gemäß Anspruch 1 sowie eine Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 17; eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur findet sich in den Ansprüchen 19 bis 20. Das erfindungsgemäße Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht umfasst einen Verfahrensschritt A, in dem eine Schichtstruktur auf der Halbleiterschicht erzeugt wird.
Die Halbleiterschicht besteht typischerweise aus einem Halbleiterwafer, wie beispielsweise einem Siliziumwafer. Ebenso ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch auf beliebige andere Halbleiterschichten anwendbar, wie beispielsweise eine Halbleiterschicht an der Oberfläche einer Mehrschichtstruktur.
Der Verfahrensschritt A umfasst wiederum Verfahrensschritte i. und ii., wobei in Verfahrensschritt i. mindestens eine Zwischenschicht auf eine Seite der Halbleiterschicht aufgebracht wird. Anschließend wird in Verfahrensschritt ii. mindestens eine Metallschicht auf die in Schritt i. zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht aufgebracht, wobei die Metallschicht die zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht zumindest teilweise bedeckt.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Rückseitenkontaktes wird typischerweise die Zwischenschicht im Wesentlichen die gesamte Seite der Halbleiterschicht bedecken und die Metallschicht die
Zwischenschicht im Wesentlichen vollständig bedecken. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, beispielsweise zur Ausbildung eines Vorderseitenkontaktes einer Solarzelle, dass die Zwischenschicht die Seite der Halbleiterschicht lediglich teilweise bedeckt und/oder die Metallschicht die Zwischenschicht lediglich teilweise bedeckt.
In einem Verfahrensschritt B wird die Schichtstruktur lokal erhitzt, so dass sich in einem lokalen Bereich kurzzeitig eine Schmelzmischung aus zumindest Teilbereichen zumindest der Schichten Metallschicht, Zwischenschicht und Halbleiterschicht bildet und nach Erstarren der Schmelzmischung eine
Kontaktierung zwischen der Metallschicht und der Halbleiterschicht besteht. Sofern die erfindungsgemäße Solarzelle mehrere Zwischenschichten am Ort der lokalen Erhitzung aufweist, wird die Schmelzmischung vorzugsweise aus Teilbereichen aller Zwischenschichten, Metallschicht und Halbleiterschicht gebildet. Zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht besteht somit im Bereich des Ortes des erstarrten Schmelzgemisches eine elektrisch leitende Verbindung.
Wesentlich ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens eine Zwischenschicht eine Dotierungsschicht ist. Diese Dotierungsschicht beinhaltet einen Dotierstoff, wobei der Dotierstoff eine größere Festkörper-Löslichkeit in der Halbleiterschicht aufweist als die Festkörper-Löslichkeit des Metalls der Metallschicht in der Halbleiterschicht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis des Anmelders zugrunde, dass durch die
Verwendung einer Dotierungsschicht der Dotierstoff aufgrund seiner gegenüber dem Metall der Metallschicht größeren Festkörper-Löslichkeit bei der Rekristallisation in einer höheren Konzentration substitutioneil in das Kristallgitter des Halbleiters eingebaut wird und dadurch nach Erstarren der Schmelzmischung eine lokale Hochdotierung im Bereich des elektrischen
Kontaktes zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht durch den Dotierstoff besteht.
Zur Erzeugung hocheffizienter Solarzellen ist es bekannt, mittels mehrerer Fotolithographieschritte und Eindiffusionen lokale hochdotierte Bereiche in denjenigen Teilbereichen der Halbleiterschicht zu schaffen, an denen in späteren Prozessschritten die elektrische Kontaktierung zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht erfolgt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, durch lokales Erhitzen der Schichtstruktur, vorzugsweise durch eine Strahlungsquelle, insbesondere einen Laser, gleichzeitig eine lokale Hochdotierung und die elektrische Kontaktierung zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere den Vorteil auf, dass die lokale Hochdotierung zwingend in dem Teilbereich der
Halbleiterschicht entsteht, in dem die elektrische Kontaktierung zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht erfolgt. Eine örtliche Dejustierung zwischen den Bereichen der lokalen Hochdotierung und der elektrischen Kontaktierung ist somit ausgeschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber vorbekannten Verfahren zur lokalen Hochdotierung weiterhin den Vorteil auf, dass eine Entfernung der Dotierungsschicht vermieden werden kann. Vielmehr verbleibt sowohl die Dotierungsschicht, als auch die Metallschicht auf Halbleiterstruktur und beispielsweise auf der fertig gestellten Solarzelle, so dass keine zusätzlichen Prozessschritte zur Entfernung der Dotierungsschicht notwendig sind.
Durch die lokale Hochdotierung mit dem Dotierstoff werden die Kontakteigenschaften deutlich verbessert, insbesondere der Kontaktwiderstand zwischen Halbleiterschicht und Metallschicht verringert und die Grenzfläche zwischen der Halbleiteroberfläche und der Metallschicht deutlich besser gegen Minoritätsladungsträgerrekombination abgeschirmt und somit die elektrischen Eigenschaften verbessert. Diese Verbesserungen führen insbesondere bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Solarzellen zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades, bzw. zu einer Kostenreduzierung bei der Herstellung, da keine zusätzlichen Prozessschritte zur Herstellung der lokalen Hochdotierung notwendig sind.
Die Aufgabe ist weiterhin durch eine erfindungsgemäße Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 18 gelöst. Die Halbleiterstruktur umfasst eine
Halbleiterschicht, mindestens eine Zwischenschicht auf einer Seite der Halbleiterschicht und mindestens eine Metallschicht, welche die Zwischenschicht oder bei mehreren Zwischenschichten die zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht bzw. die von der Halbleiterschicht am entferntesten liegende Zwischenschicht zumindest teilweise bedeckt, wobei die Halbleiterstruktur zumindest einen lokalen Bereich aufweist, welcher ein erstarrtes Schmelzgemisch von Teilbereichen zumindest der Schichten Metallschicht, erster Schicht und Halbleiterschicht ist, so dass Metallschicht und Halbleiterschicht am Ort des erstarrten Schmelzgemisches elektrisch leitend verbunden sind. Das erstarrte Schmelzgemisch ist das Resultat einer lokalen kurzzeitigen Erhitzung, welche kurzzeitig lokal eine Schmelzmischung aus den genannten Schichten bewirkt.
Wesentlich ist, dass mindestens eine Zwischenschicht eine Dotierungsschicht ist, welche einen Dotierstoff beinhaltet, wobei der Dotierstoff eine größere Löslichkeit in der Halbleiterschicht aufweist als das Metall der Metallschicht. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Halbleiterstruktur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt.
Um eine ausreichend hohe Konzentration des Dotierstoffes nach Erstarren der Schmelzmischung zu erwirken, ist eine Mindestkonzentration des Dotierstoffes in der Dotierschicht vorteilhaft:
Vorteilhafterweise ist die Konzentration des Dotierstoffes in der Dotierungsschicht größer gleich 1 x1021 cm"3. Insbesondere ist es vorteilhaft, das die Konzentration größer gleich 5x1021 cm'3 ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn für eine gewählte Dicke der Dotierschicht die Konzentration des Dotierstoffes flächennormiert pro Flächeneinheit der Grenzfläche Halbleiterschicht/Dotierschicht mindestens 2,5x1014 cm"2, insbesondere mindestens 1 x1015 cm"2 beträgt. Sofern die Dotierschicht auf eine Zwischenschicht aufgetragen wird, sind vorgenannte Werte pro Flächeneinheit der Grenzfläche Zwischenschicht/Dotierschicht vorteilhaft.
Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass Vorteilhafterweise als Dotierstoff Elemente verwendet werden, die aus der Ml. oder V. Hauptgruppe des Periodensystems stammen bzw. Verbindungen, die solche Elemente als Bestandteil aufweisen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der Dotierstoff Bor oder Phosphor oder Gallium ist.
Sehr gute Kontakteigenschaften konnte der Anmelder in Versuchen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielen, bei denen die Dotierungsschicht als Borsilikatglas ausgebildet wird.
Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzelle ist es vorteilhaft, dass die erste auf der Halbleiterschicht aufgebrachte Zwischenschicht eine passivierende Wirkung hinsichtlich der
Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Grenzfläche dieser Halbleiterschicht zu dieser ersten Zwischenschicht aufweist. Hierdurch wird nicht nur durch die lokale Hochdotierung an den Bereichen der elektrischen Kontaktierung eine Rekombination der Minoritätsladungsträger vermieden sondern ebenfalls an den Bereichen zwischen den lokalen Hochdotierungen aufgrund der passivierenden Wirkung der ersten auf die Halbleiterschicht aufgebrachte Zwischenschicht.
Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass zwischen Halbleiterschicht und Metallschicht lediglich die Dotierungsschicht aufgebracht wird und die Dotierungsschicht derart ausgebildet ist, dass sie die zuvor beschriebene passivierende Wirkung erzielt. Insbesondere ist es jedoch vorteilhaft, zunächst eine zur Passivierung der Oberfläche besonders geeignete Schicht auf die Oberfläche der Halbleiterschicht aufzubringen, anschließend auf diese passivierende Schicht die Dotierungsschicht und schließlich auf die Dotierungsschicht die Metallschicht aufzutragen.
Die Dotierungsschicht ist Vorteilhafterweise dünner als 1 μm, insbesondere dünner als 500 nm. Hierdurch ist eine ausreichende Wärmeübertragung bei lokaler Einbringung der Wärme zur Erzeugung der Schmelzschicht gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das lokale Aufschmelzen in einem im Wesentlichen punkt- oder linienförmigen Bereich.
Insbesondere ist es vorteilhaft, bei Erzeugung von Kontakten an der Rückseite einer Solarzelle punktförmige Kontakte zu verwenden. Hingegen ist es bei Erzeugung der Vorderseitenkontakte einer Solarzelle vorteilhaft, linienförmige Kontakte zu erzeugen, da typischerweise Solarzellen auf der Vorderseite durch linienartige metallische Strukturen, die kammartig miteinander verbunden sind, kontaktiert werden.
Der lokale Bereich, in dem die Schichten aufgeschmolzen werden, weist vorteilhafterweise einen Durchmesser kleiner 500 μm, insbesondere kleiner 200 μm auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass in den benachbarten Bereichen, in denen keine Kontaktierung erfolgt, keine Schädigung der Kristallstruktur des Halbleiters und somit keine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften auftritt. Vorteilhafterweise werden eine Vielzahl lokaler Kontaktierungen und lokaler Hochdotierungen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt. Insbesondere bei Solarzellen ist es vorteilhaft, dass der Gesamtflächenanteil aller lokalen aufgeschmolzenen Bereiche an der Gesamtoberfläche der Halbleiterschicht kleiner als 20 %, insbesondere kleiner als 5 % ist. Ein zu hoher Anteil an Bereichen mit Hochdotierung und elektrischer Kontaktierung würde zu einer erhöhten Minoritätsladungsträgerrekombination führen, die zuvor angegebenen Prozentzahlen gewährleisten ein optimiertes Verhältnis zwischen den kontaktierten Bereichen mit lokaler Hochdotierung und den Bereichen mit erhöhter Oberflächenpassivierung.
Wie zuvor beschrieben, erfolgt im Verfahrensschritt B ein lokales Erhitzen der Schichtstruktur derart, dass sich eine Schmelzmischung bildet.
Vorteilhafterweise wird in Schritt B die lokale Erwärmung derart ausgeführt, dass mindestens die Temperatur des eutektischen Punktes des Schmelzgemisches erreicht wird, insbesondere, dass die Schichtstruktur lokal auf mindestens 550 Grad Celsius erwärmt wird.
Wie zuvor beschrieben, weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, dass keine Entfernung der Dotierungsschicht notwendig ist. Der Transport der Ladungsträger ausgehend von der Halbleiterschicht erfolgt somit von der Halbleiterschicht über den Bereich des erstarrten Schmelzgemisches in die Metallschicht und von dort in gegebenenfalls angeschlossene externe Stromkreise bzw. eine benachbarte Solarzelle bei Modulverschaltung.
Typischerweise ist die Metallschicht zur Minimierung von Verlusten aufgrund von ohmschen Serienwiderständen ausgebildet. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Dotierungsschicht einen Schichtwiderstand aufweist, der mindestens um einen Faktor 10, insbesondere mindestens um einen Faktor 100, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 1000 größer ist als der Schichtwiderstand der Metallschicht, so dass der Stromtransport parallel zur Oberfläche der Halbleiterschicht im Wesentlichen in der Halbleiterschicht und in der Metallschicht, nicht jedoch in der Dotierungsschicht erfolgt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Dotierungsschicht elektrisch isolierend ist. Hierdurch wird zusätzlich eine Barriere gegenüber unerwünschten Kontakten zwischen Metallschicht und Halbleiterschicht gebildet.
Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der Solarzelle ist es vorteilhaft, wenn zumindest die erste auf der Halbleiterschicht aufgebrachte Schicht eine optisch transparente Schicht ist, insbesondere eine im Wellenlängenbereich 300 nm bis 1500 nm transparente Schicht.
Dies ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Vorderseitenkontakten einer Solarzelle notwendig, da in diesem Fall die elektromagnetische Strahlung über die Vorderseite in die Halbleiterschicht eingekoppelt wird und somit eine Transparenz insbesondere in dem für Solarzellen relevanten spektralen Bereich notwendig ist.
Ebenso ist jedoch auch vorteilhaft, bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der Rückseitenkontakte einer Solarzelle die erste auf die Halbleiterschicht aufgebrachte Zwischenschicht wie zuvor beschrieben transparent auszubilden, da hierdurch die reflektierenden Eigenschaften der Rückseite der Solarzelle verbessert werden und in die Solarzelle eingekoppelte, bis zur Rückseite gelangende elektromagnetische Strahlung reflektiert wird und dadurch die Gesamtabsorption von Strahlung in der Solarzelle und hierdurch der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht wird.
Eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden, in dem in einer vorteilhafter Ausführungsform eine zusätzliche Zwischenschicht zwischen Dotierungsschicht und Metallschicht aufgebracht wird, wobei diese Zwischenschicht ohne korrosive Eigenschaften zur Metallschicht ist. Hierdurch wird eine Verringerung des Wirkungsgrades durch Korrosion der Metallleiterschicht vermieden oder zumindest verringert und hierdurch die Degradation des Wirkungsgrades der Solarzelle durch Umwelteinflüsse verringert.
Solche Schichten werden vorzugsweise aus den Materialen Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid hergestellt. In einer weiteren Vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zusätzliche Zwischenschicht zwischen Halbleiterschicht und Dotierungsschicht aufgebracht. Diese Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid oder amorphem Silizium oder amorphem Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, solch eine Zwischenschicht aus einer Kombinationen der vorgenannten zu erzeugen, wie beispielsweise in M. Hofmann et ai, Proceedings of the 21 st EU- PVSEC, Dresden, 2006 beschrieben.
Diese Schichten weisen insbesondere eine sehr gute passivierende Wirkung bezüglich der Oberflächenrekombinationseigenschaften der Oberfläche der Halbleiterschicht auf.
Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass insbesondere das folgende Schichtsystem für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ist:
Auf einem Siliziumwafer (Halbleiterschicht) wird eine Passivierungsschicht von etwa 10 nm bis 30 nm Dicke aufgetragen, anschließend eine Dotierungsschicht von etwa 100 nm bis 200 nm Dicke, hierauf eine Zwischenschicht ohne korrosive Eigenschaften zu eine Metallschicht, beispielsweise eine
Siliziumnitridschicht, mit einer Dicke von etwa 30 nm und schließlich eine Metallschicht, beispielsweise eine Aluminiumschicht, mit einer Dicke von 0,5 μm bis 10 μm, vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 2 μm.
Weitere Merkmale und vorzugsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 einen schematischen Aufbau einer Solarzelle 1 ,
Figur 2 einen Ausschnitt der resultierenden Schichtstruktur an der Rückseite der Solarzelle gemäß Figur 1 vor dem lokalen Aufschmelzen und
Figur 3 den Ausschnitt aus Figur 2 nach dem Aufschmelzen und Erstarren des Schmelzgemisches. Die industrielle Fertigung von Solarzellen unterliegt bereits rein aus Wettbewerbsgründen den Bestrebungen, Solarzellen mit möglichst hohem Wirkungsgrad, dass heißt bei einer möglichst hohen elektrischen Stromausbeute aus dem auf die Solarzelle eintreffenden solaren Energiefluss herzustellen und zugleich den Fertigungsaufwand und damit eng verbunden die Herstellungskosten gering zu halten.
Zum näheren Verständnis der bei einer optimierten Fertigung von Solarzellen zu beachtenden Maßnahmen sollen die nachstehenden Ausführungen dienen:
Solarzellen sind Bauelemente, die Licht in elektrische Energie umwandeln. Üblicherweise bestehen sie aus einem Halbleitermaterial - meist werden Solarzellen aus Silizium gefertigt -, das n- bzw. p-leitende Halbleiterbereiche aufweist. Die Halbleiterbereiche werden in sich bekannter Weise als Emitter bzw. Basis bezeichnet. Durch auf die Solarzelle einfallendes Licht werden innerhalb der Solarzelle positive und negative Ladungsträger erzeugt, die an der Grenzfläche zwischen dem n- (Emitter) und p-dotierten (Basis) Halbleiterbereich, am sogenannten pn-Übergang räumlich voneinander getrennt werden. Mittels metallischer Kontakte, die mit dem Emitter und mit der Basis verbunden sind, können diese voneinander getrennten Ladungsträger abgeführt werden.
In der einfachsten Form bestehen Solarzellen aus ganzflächigen Basis- 2 und Emitterbereichen 3, wobei der Emitter 3 auf der dem Licht zugewandten Seite, der Vorderseite der Solarzelle liegt. Zur Veranschaulichung sei an dieser Stelle auf Figur 1 verwiesen, die eine bekannte Solarzelle 1 zeigt.
Zur elektrischen Kontaktierung der Basis 2 wird für gewöhnlich die Rückseite der Solarzelle 1 mit einer ganzflächigen Metallschicht 4 versehen, auf die geeignete Rückseitenkontaktleiterbahnen 5, bspw. aus AIAg aufgebracht sind. Der Emitterbereich 3 wird mit einem Metall-Grid 6 kontaktiert mit dem Ziel, möglichst wenig Licht durch Reflexion am Metallkontakt für die Solarzelle zu verlieren, d. h. das Metall-Grid 6 weist eine Fingerstruktur auf, um möglichst wenig Solarzellenfläche zu verdecken. Zur Optimierung der Leistungsausbeute der Solarzelle 1 wird zudem versucht, die optischen Verluste auf Grund von Reflexion möglichst klein zu halten. Erreicht wird dies durch die Abscheidung sogenannter Antireflexionsschichten 7 (ARC) auf der Vorderseitenoberfläche der Solarzelle 1. Die Schichtdicke der Antireflexionsschichten 7 ist so gewählt, dass sich im energetisch wichtigsten Spektralbereich gerade destruktive Interferenz des reflektierten Lichtes ergibt. Verwendete Antireflexmaterialien sind z. B. Titandioxid, Siliciumnitrid und Siliciumdioxid. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine Reflexionsminderung durch Herstellung einer geeigneten Oberflächentextur mittels eines Ätz- oder mechanischen Bearbeitungsverfahrens erzielt werden, wie es auch aus der in Figur 2 dargestellten Solarzelle hervorgeht. Hier ist der Emitterbereich 3 sowie auch die auf dem Emitter aufgebrachte Antireflexionsschicht 7 derart strukturiert ausgebildet, dass das auf die strukturierte Oberfläche der Solarzelle 1 einfallende Licht an den pyramidenartig ausgebildeten Strukturen eine erhöhte
Einkopplungswahrscheinlichkeit hat. Auch im Falle der Solarzelle gemäß der Figur 2 erfolgt die elektrische Kontaktierung des Emitters 3 mit einem möglichst feingliedrigen Metall-Grid 6, von dem lediglich ein schmaler Kontaktfinger in Figur 2 dargestellt ist. Die Antireflexionsschicht 7 kann überdies auch als Passivierungsschicht dienen, die zum einen für einen mechanischen Oberflächenschutz sorgt aber zudem auch intrinsische Wirkungen besitzt hinsichtlich der Reduzierung von Oberflächenrekombinationsprozessen, auf die im weiteren genauer eingegangen wird.
Bei der elektrischen Kontaktierung einer Solarzelle ist zwischen der Vorder- und Rückseite zu unterscheiden. Während auf der Rückseite der Solarzelle versucht wird, einen Kontakt herzustellen, der sich hauptsächlich durch einen niedrigen Kontakt- und Leitungswiderstand auszeichnet, muss auf der Vorderseite zusätzlich möglichst viel Licht in die Solarzeile eingekoppelt werden. Deshalb wird auf der Vorderseite normalerweise eine Kammstruktur, wie aus der Figur 1 ersichtlich, erzeugt, um sowohl die Widerstands- als auch die Abschattungsverluste klein zu halten. Auf der Rückseite der Solarzelle kommen für gewöhnlich sowohl ganzflächige als auch strukturierte z. B. gitterartige Kontakte zum Einsatz.
Ein Ausschnitt der resultierenden Schichtstruktur an der Solarzellenrückseite ist in Figur 2 dargestellt, wobei in den Figuren 2 und 3 die Schichtreihenfolge umgekehrt wurde, d.h. die in der Solarzelle zuunterst liegende Schicht ist in den Figuren 2 und 3 zuoberst dargestellt. Die Rückseitenkontakte dieser in Figur 1 dargestellten Solarzelle werden Vorteilhafterweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt. Die Erzeugung wird im folgenden anhand der Figuren 2 und 3 erläutert, welche einen Ausschnitt eines lokalen Bereiches, in dem ein elektrischer lokaler Kontakt und eine lokale Hochdotierung erzeugt wird an der Rückseite der in Figur 1 dargestellten Solarzelle zeigen. In diesem Ausführungsbeispiel stellt eine Siliziumscheibe (oder Siliziumwafer) 8, aus welchem die in Figur 1 dargestellte Solarzelle erzeugt wurde, die Halbleiterschicht dar. Auf der Siliziumscheibe 8 wird eine ca. 10 nm dünne passivierende Schicht 9 aus
Siliziumdioxid aufgebracht. Anschließend wird eine ca. 80 nm dünne Schicht aus hochdotiertem Borsilikatglas aufgebracht. Diese Dotierungsschicht 10 beinhaltet den Dotierstoff Bor in einer Konzentration von etwa 2x1021 cm'3.
Auf die Dotierungsschicht 10 wird eine ca. 10 nm dicke Antireflextionsschicht 1 1 aufgetragen, welche als Siliziumdioxidschicht ausgebildet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel werden somit insgesamt 3 Zwischenschichten auf die Siliziumscheibe 8 aufgebracht (Verfahrensschritt A L).
Anschließend wird auf die letzte Zwischenschicht, das heißt die Siliziumdioxidschicht, eine als Schicht aus Aluminium ausgeführte Metallschicht 12 mit einer Dicke von etwa 2 μm bis 3 μm (Verfahrensschritt A ii.) aufgetragen.
Anschließend wird durch kurzzeitige lokale Bestrahlung am Ort 13 der Aluminiumschicht eine Schmelzmischung zwischen Aluminium, der darunter liegenden dünnen Zwischenschichten und eines Bereiches von einigen μm Tiefe der Halbleiterschicht, das heißt der Siliziumscheibe 8 erzeugt. Die Bestrahlung erfolgt für eine Zeitdauer von etwa 50 bis 5000 ns. Nach Abklingen der lokalen Bestrahlung rekristallisiert ein wenige μm dicker Bereich aus dem zuvor gebildeten Schmelzgemisch. Dies ist in Figur 3 schematisch durch den Bereich 14 für einen ausgebildeten Kontakt dargestellt.
Der Dotierstoff Bor weist eine Löslichkeit von etwa 3x1019 cm"3 in Silizium gegenüber der wesentlich geringeren Löslichkeit von Aluminium von 3x1018 cm"3 in Silizium auf. Beim Rekristallisieren wird daher das Bor aufgrund der wesentlich höheren Löslichkeit mit einer viel höheren Konzentration in das Kristallgitter der beim Erstarren entstehenden Siliziumstruktur eingebaut, gegenüber dem Aluminium. Der erstarrte Bereich weist somit eine lokale Bor- Hochdotierung auf und zusätzlich ist ein elektrischer Kontakt zwischen der Metallschicht 12 und der Siliziumscheibe 8 erzeugt (Verfahrensschritt D).
Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit Vorteile gegenüber dem Vorbekannten Verfahren zur lokalen Kontaktierung einer Solarzelle gemäß DE 100 46 170 A1 auf: Durch die höhere Dotierung mit Bor im Bereich der elektrischen Kontaktierung wird eine signifikant niedrigere Rekombinationsrate an den Kontakten realisiert. Hierdurch kann eine erhöhte Anzahl von Kontaktpunkten, das heißt eine erhöhte Gesamtfläche der elektrischen Kontaktierung realisiert werden, ohne das aufgrund erhöhter Rekombination der Wirkungsgrad der Solarzelle verringert würde. Durch die erhöhte Gesamtfläche der elektrischen Kontaktierung sinkt jedoch der elektrische Leitungswiderstands bei abführen der Ladungsträger aus der Siliziumscheibe über die Metallschicht, so dass insgesamt der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht wird.
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung der Rückseitenkontakte der in Figur 1 dargestellten Solarzelle. Ebenso liegt es jedoch im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße Verfahren für die Erzeugung der Vorderseitenkontaktierung und/oder für eine n-dotierte Halbleiterschicht zu verwenden

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer
Halbleiterschicht, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Erzeugen einer Schichtstruktur auf der Halbleiterschicht durch
i. Aufbringen mindestens einer Zwischenschicht (9, 10, 1 1 ) auf eine Seite der Halbleiterschicht und
ii. Aufbringen mindestens einer Metallschicht (12) auf die in Schritt i. zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht (1 1 ), wobei die Metallschicht die zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht zumindest (1 1 ) teilweise bedeckt,
B lokales Erhitzen der Schichtstruktur, derart, dass sich in einem lokalen Bereich kurzzeitig eine Schmelzmischung aus zumindest Teilbereichen zumindest der Schichten: Metallschicht (12), Zwischenschicht (9, 1 0, 1 1 ) und Halbleiterschicht, bildet und nach
Erstarren der Schmelzmischung eine Kontaktierung zwischen Metallschicht (1 1 ) und Halbleiterschicht besteht,
dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt A i. mindestens eine als Dotierungsschicht (10) ausgeführte Zwischenschicht aufgebracht wird, welche einen Dotierstoff beinhaltet, wobei der Dotierstoff eine größere Löslichkeit in der Halbleiterschicht aufweist als das Metall der Metallschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Dotierstoffes in der Dotierungsschicht (10) größer gleich 1 x1021 cm'3, insbesondere größer gleich 5x1021 cm"3 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Dotierstoffes bezogen auf die Grenzfläche der Dotierschicht (10) zu der Halbleiterschicht oder der Zwischenschicht größer gleich 2,5x1014 cm"2, insbesondere größer gleich 1 x1015 cm"2 ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoff ein Element der dritten oder fünften Hauptgruppe enthält, insbesondere, dass der Dotierstoff Bor oder Phosphor oder Gallium ist.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsschicht (10) als Borsilikatglas ausgebildet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste auf der Halbleiterschicht aufgebrachte Zwischenschicht (9) eine passivierende Wirkung hinsichtlich der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Grenzfläche Halbleiterschicht/Zwischenschicht aufweist.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsschicht (10) dünner als 1 μm, insbesondere dünner als 500 nm ist.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lokale Bereich, in dem die Schichten aufgeschmolzen werden einen Durchmesser kleiner 500 μm, insbesondere kleiner 200 μm aufweist.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lokale Aufschmelzen in einem im Wesentlichen punkt- oder linienförmigen Bereich erfolgt.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von lokalen Bereichen aufgeschmolzen wird, wobei der Gesamtflächenanteil aller lokalen Bereiche an der Gesamtoberfläche der Halbleiterschicht kleiner 20 %, insbesondere kleiner 5 % ist.
1 1 . Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B lokal eine lokale Erwärmung auf mindestens 5500C erfolgt.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsschicht (10) einen Schichtwiderstand aufweist, der mindestens um einen Faktor 10, insbesondere mindestens um einen
Faktor 100, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 1000 größer ist als der Schichtwiderstand der Metallschicht (12).
13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsschicht (10) elektrisch isolierend ist.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste auf die Halbleiterschicht aufgebrachte Schicht eine optisch transparente Schicht ist, insbesondere eine im Wellenlängenbereich 300 nm bis 1500 nm im Wesentlichen transparente Schicht.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Zwischenschicht (1 1 ) zwischen Dotierungsschicht (10) und Metallschicht (12) aufgebracht wird, wobei diese zusätzliche Zwischenschicht (1 1 ) ohne korrosive Eigenschaften zur Metallschicht ist.
16. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Zwischenschicht (9) zwischen Halbleiterschicht und Dotierungsschicht (10) aufgebracht wird, vorzugsweise bestehend aus Siliziumdioxid oder amorphem Silizium oder amorphem Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid.
17. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierschicht (10) mittels einer chemischen Gasphasenabscheidung oder mittels Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung oder als Spin-On-Schicht aufgebracht wird.
18. Halbleiterstruktur, umfassend eine Halbleiterschicht, mindestens eine Zwischenschicht
(9, 10, 1 1 ) auf einer Seite der Halbleiterschicht und mindestens eine Metallschicht (12), welche die Zwischenschicht oder bei mehreren
Zwischenschichten die zuletzt aufgebrachte Zwischenschicht zumindest teilweise bedeckt, wobei die Halbleiterstruktur zumindest einen lokalen Bereich aufweist, welcher ein erstarrtes Schmelzgemisch von Teilbereichen zumindest der Schichten Metallschicht, erster Schicht und Halbleiterschicht ist, so dass
Metallschicht und Halbleiterschicht am Ort des erstarrten
Schmelzgemisches elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zwischenschicht eine Dotierungsschicht (10) ist, welche einen Dotierstoff beinhaltet, wobei der Dotierstoff eine größere
Löslichkeit in der Halbleiterschicht aufweist als das Metall der
Metallschicht (12).
19. Halbleiterstruktur nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbeiterstruktur im Bereich des erstarrten Schmelzgemisches eine Dotierung mittels des Dotierstoffes aufweist.
20. Halbleiterstruktur nach mindestens einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur mittels eines Verfahrens gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.
PCT/EP2009/006037 2008-08-29 2009-08-20 Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht WO2010022889A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09778000A EP2327102A1 (de) 2008-08-29 2009-08-20 Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht
KR1020117007317A KR20110048068A (ko) 2008-08-29 2009-08-20 반도체 층의 국부적 접촉 및 국부적 도핑을 위한 방법
US13/061,158 US8828790B2 (en) 2008-08-29 2009-08-20 Method for local contacting and local doping of a semiconductor layer
CN200980142752.9A CN102197491B (zh) 2008-08-29 2009-08-20 用于局部触点接通和局部掺杂半导体层的方法
JP2011524233A JP2012501075A (ja) 2008-08-29 2009-08-20 半導体層の局所接点形成および局所ドーピング方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008044882A DE102008044882A1 (de) 2008-08-29 2008-08-29 Verfahren zur lokalen Kontaktierung und lokalen Dotierung einer Halbleiterschicht
DE102008044882.6 2008-08-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010022889A1 true WO2010022889A1 (de) 2010-03-04

Family

ID=41227547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/006037 WO2010022889A1 (de) 2008-08-29 2009-08-20 Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8828790B2 (de)
EP (1) EP2327102A1 (de)
JP (1) JP2012501075A (de)
KR (1) KR20110048068A (de)
CN (1) CN102197491B (de)
DE (1) DE102008044882A1 (de)
WO (1) WO2010022889A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104425633B (zh) * 2013-08-30 2016-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种介质钝化膜和太阳能电池及其制备方法
CN104269470B (zh) * 2014-09-22 2017-06-16 南昌大学 能够释放应力的垂直结构led薄膜芯片的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006040352B3 (de) * 2006-08-29 2007-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Kontakten auf halbleitende Substrate, halbleitendes Substrat und Verwendung des Verfahrens
WO2007126441A2 (en) * 2005-12-16 2007-11-08 Bp Corporation North America Inc. Back-contact photovoltaic cells
DE102006046726A1 (de) * 2006-10-02 2008-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle mit strukturierter Rückseitenpassivierungsschicht aus SIOx und SINx sowie Verfahren zur Herstellung

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10045249A1 (de) * 2000-09-13 2002-04-04 Siemens Ag Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen des Bauelements
DE10046170A1 (de) 2000-09-19 2002-04-04 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
US7790574B2 (en) * 2004-12-20 2010-09-07 Georgia Tech Research Corporation Boron diffusion in silicon devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007126441A2 (en) * 2005-12-16 2007-11-08 Bp Corporation North America Inc. Back-contact photovoltaic cells
DE102006040352B3 (de) * 2006-08-29 2007-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Aufbringen von elektrischen Kontakten auf halbleitende Substrate, halbleitendes Substrat und Verwendung des Verfahrens
DE102006046726A1 (de) * 2006-10-02 2008-04-03 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Solarzelle mit strukturierter Rückseitenpassivierungsschicht aus SIOx und SINx sowie Verfahren zur Herstellung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2327102A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102197491A (zh) 2011-09-21
KR20110048068A (ko) 2011-05-09
JP2012501075A (ja) 2012-01-12
DE102008044882A1 (de) 2010-03-04
US20110233711A1 (en) 2011-09-29
EP2327102A1 (de) 2011-06-01
CN102197491B (zh) 2014-11-26
US8828790B2 (en) 2014-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0219763B1 (de) Solarzelle
EP1319254B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter-Metallkontaktes durch eine dielektrische Schicht
EP1314208B1 (de) Multikristalline laserkristallisierte silicium-dünnschicht solarzelle auf einem glassubstrat
DE112015001529T5 (de) Metallisierung von Solarzellen
DE10237515A1 (de) Stapelförmiger photoelektrischer Wandler
DE112004000600T5 (de) Metallkontaktstruktur für eine Solarzelle und Herstellungsverfahren
DE102011050089B4 (de) Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakten an einer Solarzelle, Solarzelle und Verfahren zum Herstellen eines Rückseiten-Kontaktes einer Solarzelle
DE102010006315B4 (de) Verfahren zur lokalen Hochdotierung und Kontaktierung einer Halbleiterstruktur, welche eine Solarzelle oder eine Vorstufe einer Solarzelle ist
DE102012000541A1 (de) Solarzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
DE102011075352A1 (de) Verfahren zum Rückseitenkontaktieren einer Silizium-Solarzelle und Silizium-Solarzelle mit einer solchen Rückseitenkontaktierung
DE102011000753A1 (de) Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle
DE102014205350B4 (de) Photoaktives Halbleiterbauelement sowie Verfahren zum Herstellen eines photoaktiven Halbleiterbauelementes
EP2135291A2 (de) Verfahren zur herstellung einer solarzelle sowie damit hergestellte solarzelle
EP2347448B1 (de) Verfahren zur herstellung einer waferbasierten, rückseitenkontaktierten hetero-solarzelle und mit dem verfahren hergestellte hetero-solarzelle
WO2022117826A1 (de) Rückseitenkontaktierte solarzelle und herstellung einer solchen
DE102011115581B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
DE102012104289A1 (de) Heterokontakt-Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE102011010077A1 (de) Photovoltaische Solarzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE112010005950T5 (de) Photovoltaikvorrichtung und Herstellungsverfahren für diese
DE102019122637B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktierungsstruktur einer photovoltaischen Solarzelle
DE112010005921T5 (de) Photovoltaische Vorrichtung und Herstellungsverfahren derselben
WO2010022889A1 (de) Verfahren zur lokalen kontaktierung und lokalen dotierung einer halbleiterschicht
DE102019114498A1 (de) Wafer-Solarzelle, Solarmodul und Verfahren zur Herstellung der Wafer-Solarzelle
DE102008028578A1 (de) Siliziumsolarzelle mit passivierter p-Typ-Oberfläche und Verfahren zur Herstellung derselben
EP3050125A1 (de) Photovoltaische solarzelle und verfahren zum herstellen einer metallischen kontaktierung einer photovoltaischen solarzelle

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980142752.9

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09778000

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011524233

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009778000

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1138/KOLNP/2011

Country of ref document: IN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117007317

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13061158

Country of ref document: US