WO2010081460A1 - Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a solar cell and a method for its production.
  • Photovoltaic solar cells have a charge carrier separating transition between a base and an emitter, in which due to incident light beams generated free charge carriers are separated and discharged by means of connected emitter and base contacts as solar power.
  • An example of such a transition is a pn junction between an n-doped or p-doped base semiconductor and a correspondingly oppositely doped emitter layer.
  • both the emitter and the base contacts are applied to a side of the solar cell facing away from the rear or the incident light.
  • a special group of such back-contacted solar cells are so-called emitter wrap-through solar cells (EWT solar cells).
  • EWT solar cells the emitter layers are applied to the front or light incidence side of a solar cell wafer and also extend through through holes in the solar cell wafer. In this way, the emitter contacts can be contacted on the back of the solar cell.
  • emitter regions are produced by means of diffusion processes, in which a solar cell wafer made of a doped base semiconductor in the emitter region provided is doped with a dopant.
  • the problem here is that the resulting solar cells can have high saturation currents and low fill factors, which results in lower efficiency.
  • the invention is based on the idea of not forming the emitter layers as a diffusion layer in the base semiconductor, but of forming a material on the base semiconductor such that a heterojunction arises between the emitter layer and the base semiconductor. Doping the base semiconductor with dopants to produce the emitter is thus superfluous. As a result, the high energy consumption and the possible material degradation are avoided as a result of conventional diffusion methods, which are usually high-temperature processes.
  • the heterojunction also has the advantage that it keeps the saturation current of the solar cell low.
  • handling of, in particular, thinner solar cells (wafer thicknesses of less than 300 ⁇ m) during manufacture is made easier and safer, so that the risk of breakage decreases.
  • the through holes extend over a layer thickness of the base semiconductor and their inner walls are completely lined with the emitter layer. This means that the emitter layer covers the inner walls directly or indirectly.
  • the through holes may have a circular or square cross-section as needed. As an example the through holes have diameters of about 50 microns to 100 microns and at intervals in the order of about 1 mm, for example, grid-shaped with a grid spacing of about 1 mm, be arranged.
  • the base semiconductor preferably has a thickness of about 50 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the through holes preferably have an aspect ratio of about 0.3 to 3, preferably 1.
  • the base semiconductor is a crystalline semiconductor wafer on which an emitter layer of amorphous semiconductor material is deposited to form the heterojunction.
  • Amorphous material may also mean all transitional forms such as nanocrystalline, polymorphic or microcrystalline semiconductor material.
  • base semiconductor and emitter layer are differently doped and thus form an anisotropic heterojunction.
  • the base semiconductor can be n-type and the emitter layer can be p-type.
  • the through holes in the base semiconductor can be produced by means of laser processing. Further, a cleaning step after drilling the through holes may be performed by a wet chemical method or a plasma process. After completion of the solar cell, the through-holes extend through the base semiconductor and also through further layers applied thereto on the base semiconductor front side and the base semiconductor backside.
  • the deposition of the emitter layer, the transparent conductive layer and optionally the optional buffer layer located between the emitter and the base is preferably carried out by means of plasma-assisted deposition methods. This exploits the fact that the layers deposited in a plasma-assisted manner also deposit on the inner walls of the through-holes. Thus, in the deposition of the emitter layer, hetero junctions are also formed in the through holes, thereby avoiding short circuits or shunts. Furthermore, at - A - plasma-assisted deposition of the transparent conductive layer increases the conductivity along the inner walls.
  • ARC anti-reflection coating
  • TCO transparent conductive oxide
  • steps 4, and / or 8 are preferably carried out by means of plasma-assisted deposition methods such as PECVD ("plasma enhanced chemical vapor deposition").
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • a surface-passivating buffer layer of an intrinsic, that is essentially undoped, semiconductor material is arranged between the emitter layer and the base semiconductor.
  • the buffer layer is made of a low-defect amorphous semiconductor material, such as e.g. a-Si: H, a-SiO: H a-SiC: H or a-SiN: H.
  • a-Si: H a so-called heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) design
  • HIT intrinsic thin layer
  • the buffer layer extends partially or completely over the inner walls of the through holes.
  • the inner walls are at least partially lined with the buffer layer, which is located below the closed emitter layer.
  • the emitter layer and / or the buffer layer partially or substantially completely cover a base semiconductor front side and / or a base semiconductor back side.
  • the basic semiconductor front corresponds to one
  • the emitter layer is applied substantially over the entire base semiconductor front side. It is not mandatory that the buffer layer below the emitter layer be complete. In other words, areas of the base semiconductor front side, the base half back side and / or the
  • Inner walls can also be coated directly with the emitter layer, wherein there is no further layer between the emitter layer and the base semiconductor.
  • the buffer layer completely covers the base semiconductor front side, the base semiconductor back side, and the inner walls of the through holes, the risk of short circuits between the conductive layers above the emitter layer and the base semiconductor is further reduced.
  • the buffer layer has a thickness in the range between 0, 1 and 15 nm, preferably between 2 and 8 nm.
  • the buffer layer may be on the base semiconductor front side, on the
  • Base semiconductor back and on the inner walls each have different thicknesses. For example, it may have a smaller thickness in the through-holes than on the other surfaces of the solar cell due to the deposition process used.
  • the base semiconductor is formed of a crystalline material.
  • it may be present as a semiconductor wafer or may be formed in sheet form.
  • the buffer layer and / or the emitter layer comprise amorphous semiconductor material.
  • the base semiconductor and the emitter layer form an anisotropic heterojunction.
  • the base semiconductor is n-type
  • the emitter layer is p-type and vice versa.
  • Emitter layer from a gas phase this can be achieved, for example, by adding a dopant to an emitter base material.
  • the base semiconductor, the emitter layer and / or the buffer layer are formed from the same material.
  • the buffer layer and / or the emitter layer can be formed from the same material as the base semiconductor, for example from silicon. Even with identical materials (eg silicon) it should be noted that the Microstructure of the layers and the base semiconductor can be different.
  • the emitter layer and / or the buffer layer covers an end face of the base semiconductor.
  • the end face is one or more peripheral wafer outer edges.
  • the emitter and, if appropriate, the buffer layer preferably cover all wafer outer edges in order to achieve a surface passivation there.
  • the emitter layer is partially or completely covered with a transparent conductive layer.
  • a transparent conductive layer may be formed of a transparent conductive oxide such as zinc oxide (ZnO), indium-tin oxide (ITO) or the like.
  • ZnO zinc oxide
  • ITO indium-tin oxide
  • the thickness of the transparent conductive layer is preferably about 80 nm, since it also acts there as an antireflection layer.
  • the layer thickness can also be greater, so as to ensure the lowest possible series resistance.
  • Base semiconductor backside electrodes by means of a conductive contact material e.g. in the form of an adhesive with the emitter layer and / or the base layer and / or the respectively associated transparent conductive layers are electrically contacted.
  • a conductive contact material e.g. in the form of an adhesive with the emitter layer and / or the base layer and / or the respectively associated transparent conductive layers are electrically contacted.
  • metal wires can be used, which are glued on a foil, or printed on a foil printed conductors. Such a wire or conductor film can then be pressed against the base semiconductor back or attached thereto, for example by means of adhesive.
  • the electrodes can also be held without foil exclusively by means of the contact material on the base semiconductor backside.
  • the contact material may for example be formed from a polymer paste or a polymer adhesive, with the particular create a strong adhesion with the transparent conductive layer.
  • electrical contact care must be taken to ensure that a low-resistance collection of the current from the base semiconductor front side by the electrodes is ensured. Therefore, good contact with the emitter or the transparent conductive layer is necessary.
  • the conductive contact material extends into the through holes. This additionally reduces the electrical resistance of the connection between the front-side emitter layer and the rear-side electrodes through the holes, since the contact material contributes in addition to the power line through the holes.
  • the contact material thus preferably forms a thin layer along the inner walls of the through-holes and preferably extends to the upper edges of the through-holes or fills them, but without covering the base semiconductor front side and thus causing a partial shading of the solar cell.
  • an emitter layer thickness of about 10 nm would be too thin to provide good conductivity through the vias.
  • a transparent conductive layer having a layer thickness of about 100 nm applied thereto would possibly produce a sufficiently high conductivity.
  • the conductivity along the through-holes is significantly improved with a conductive contact material extending into the through-holes, for example of a conductive adhesive.
  • the conductive contact material extends into the through holes substantially along an entire hole depth. This may be due, for example, to capillary effects when the contact material is applied in liquid form or the contact material may be forced into the through holes during application.
  • a deposition of a buffer layer of an intrinsic semiconductor material on the base semiconductor takes place, whereby preferably a defect getter process is carried out beforehand.
  • a transparent conductive layer is applied to the emitter layer.
  • the buffer layer, the emitter layer and / or the transparent conductive layer are deposited on both sides of the base semiconductor. This can equally apply to a transparent conductive layer, however, on the
  • Base semiconductor backside is not mandatory.
  • the layer thickness decreases with the penetration depth in a through-hole.
  • the two-sided deposition of a layer can be carried out in one process step.
  • the deposition of one or more of the layers may be split into a front-side deposition and a back-side deposition that are sequential.
  • Such a splitting has the advantage, for example, that the layer thus produced on the inner walls of the through-holes receives a greater layer thickness by superposition of the two deposition steps. This is particularly helpful in those deposition processes in which the layer thicknesses produced in the through-holes are generally small. In addition, this can ensure that the inner walls are actually substantially completely covered with the respective layer.
  • the thickness of the transparent conductive layer on the base semiconductor front side can be optimized for the incidence of light, for example as an antireflection layer, while the layer is deposited thicker on the base semiconductor backside, In order to achieve increased conductivity there and also to increase the layer thickness in the inner walls, regardless of the layer thickness on the base semiconductor front side.
  • a base layer can also be produced on the base semiconductor backside by means of the same deposition methods, preferably immediately before or after the deposition of the emitter layer.
  • This base layer preferably consists of amorphous material of the base material and is preferably highly doped by the same doping type in order to achieve a back-surface field effect (BSF effect).
  • BSF effect back-surface field effect
  • the base layer can also be produced with or without a surface-passivating buffer layer arranged thereunder and / or with a transparent conductive layer arranged thereon.
  • the base contact may also be formed in other ways, for example by directly contacting the base material with the metal, by means of LFC structures (LFC - "Laser Fired Contacts"), PERC structures (PERC structures - Passivated Emitter and Rear Cell, Isolating Backside passivation with local openings) or PERL structures (PERL - "passivated emitters, rearwardly diffused” such as PERC, although the local contact areas in the wafer are highly doped) or other processes in which the base material does not exceed a temperature exceeding that of the It is also possible to contact the metal on areas of the base material which are heavily doped by diffusion processes, although the diffusion processes must take place before the deposition of the amorphous layers so as not to damage them by the high temperatures.
  • LFC Linear Fired Contacts
  • PERC structures PERC structures - Passivated Emitter and Rear Cell, Isolating Backside passivation with local openings
  • PERL structures PERL - "passivated emitters
  • inner walls of the through holes are covered by applying a conductive contact material. This is preferably done by applying the contact material in a liquid or spreadable form from the base half backside.
  • the inner walls should hereby advantageously be completely covered, for example by utilizing the capillary effect.
  • the conductive contact material is applied by means of inkjet method, screen printing with conductive pastes, dispensing technologies, sputtering and / or vapor deposition.
  • the deposition of the buffer layer, the emitter layer and / or the transparent conductive layer takes place plasma-assisted, for example by means of a PECVD method.
  • Further deposition methods such as sputtering and other variants of physical or chemical deposition from the gas phase or the like, can alternatively or cumulatively be used for the layer deposition.
  • Fig. 1 to 6 the stepwise production of a solar cell according to a
  • Fig. 7 shows an embodiment of the solar cell with one side applied
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the solar cell with a buffer layer applied on both sides in two separate deposition steps.
  • FIGS. 1 to 6 illustrate schematically the different stages in the production of an EWT solar cell.
  • a base semiconductor 1 for example made of a semiconductor wafer.
  • the base semiconductor 1 has a plurality of through holes 2 extending therethrough with inner walls 21, one of which is visible in FIG.
  • the through hole 2 extends between a base semiconductor front side 11 and a base semiconductor rear side 13 may, for example, have a circular cross-section, so that its inner wall 21 is cylindrical-shell-shaped.
  • an emitter layer could be applied directly to the base semiconductor 1. But a better one
  • a buffer layer 3 is deposited on the base semiconductor 1.
  • the buffer layer 3 shown here has been simultaneously deposited on the base semiconductor front side 11, the base semiconductor back side 13 and the inner walls 21 of the through holes 2 in a deposition step.
  • the buffer layer can alternatively be deposited successively on the front side and on the back side.
  • an emitter layer 5 is produced on the buffer layer 3 by first depositing a front-side emitter layer 5 a, that is to say an emitter layer 5 applied on the base semiconductor front side 11. Subsequently, a backside emitter layer 5b, that is, an emitter layer 5 deposited on the base semiconductor backside 13 is deposited.
  • the layer thickness of the front emitter layer 5a may be greater along the base semiconductor front side 11 or gradually decrease along the inner walls 21.
  • FIG. 4 shows the result after the backside application of the emitter layer 5 and a base layer 6 deposited on the back side.
  • the base layer 6 may in this case be made of a different material than the emitter layer 5 be formed. Alternatively, however, it may also comprise the same material.
  • the back emitter layer 5a may be formed of a p-type amorphous silicon (a-Si: H) while the base layer 6 is made of n-type a-Si.
  • a-Si p-type amorphous silicon
  • the structured back emitter layer 5b and the base layer 6 can be produced successively with the aid of masking.
  • the backside emitter layer 5b and the front emitter layer 5a are superimposed on the inner wall 21 of the through hole 2, so that there the layer thickness on the inner wall 21 from the emitter layer thicknesses of the emitter layers 5a and 5b add.
  • Such an overlap of a front-side deposition and a back-side deposition may be provided in the case of layers deposited on both sides for the buffer layer 3, for the emitter layer 5 and / or for the transparent conductive layer 7.
  • FIG. 5 shows the solar cell from FIG. 4 after a transparent conductive layer 7 has been deposited on the front side.
  • the transparent conductive layer 7 As described above in connection with the deposition of the emitter layer 5, here as well the inner wall 21 of the through-hole 2 is covered with the transparent conductive layer 7, as illustrated, preferably completely and isotropically.
  • the layer thickness in the region of the inner wall as stated above, vary.
  • the transparent conductive layer 7 can also serve as an antireflection layer (ARC) if designed accordingly.
  • ARC antireflection layer
  • FIG. 6 illustrates the contacting of the finished solar cell by means of electrodes 8, which are connected to the back of the solar cell by means of a conductive contact material 9.
  • the conductive contact material 9 extends along the base layer 6.
  • the conductive contact material 9 penetrates into the through holes 2 and the inner walls 21 - differently than shown here - preferably completely covered.
  • the conductive contact material 9 may flow along and wet the inner walls 21 of the through holes 2.
  • the electrodes 8 may be, for example, metal wires, for example tinned copper, which are arranged in parallel tracks and optionally covered with conductive contact material 9. This wire assembly is placed on the back of the solar cell to make contact.
  • the electrodes 8 may be an electrode structure produced by structuring a metal foil or by screen printing and arranged on a polymer film, which is placed on the back side of the solar cell. It is also conceivable that the electrodes are fixed in metal wire form as a prefabricated electrode structure on a film or a plate.
  • the electrodes 8 are preferably held by the conductive contact material 9 on the solar cell.
  • the conductive contact material 9 is preferably a conductive adhesive or adhesive, for example, applied by means of inkjet process.
  • FIG. 7 An embodiment of a solar cell with a slightly different layer structure, as shown in FIG. 6, is shown in FIG. 7.
  • the buffer layer 3 was applied only on the front side.
  • the emitter consists of a double-sided deposited emitter layer 5, which on the
  • Base semiconductor back 13 is structured so that it is limited to areas around the through holes 2.
  • the transparent conductive layer 7 of the solar cell in FIG. 7 comprises a transparent conductive layer 7a deposited on the front side and a transparent conductive layer 7b deposited on the back side, which is located in the through hole 2 overlay so that the inner walls 21 are covered thicker.
  • the transparent conductive layer also covers the base layer 6.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a solar cell in which the buffer layer 3 is composed of a front buffer layer 3a and a back buffer layer 3b superposed in the through holes 2.
  • both the emitter layer 5 and the transparent conductive layer 7 are in FIG a process step has been deposited on both sides. The deposition was carried out either using masks, or it was followed by a subsequent
  • the emitter layer 5 and the transparent conductive layer 7 on the Basisgeophenleiter Wegseite 13 structured.
  • the buffer layer 3, the emitter layer 5 and the transparent conductive layer 7 can be applied to the base semiconductor 1 independently of one another or on both sides, in the latter case either in one or in two deposition steps.
  • the electrodes 8 can be formed in accordance with the methods described above in connection with FIG. 6 and connected to the solar cell.
  • FIGS. 6 to 8 a transition region 56 between the (back) emitter layer 5b, 5 and the base layer 6 can be seen. While in Figs. 6 and 8, the transition region 56 by a continuous (back)
  • Buffer layer 3b, 3, the base semiconductor rear side 13 in the transition region 56 in the embodiment according to the Fig. 7 is exposed.
  • other embodiments for the transition region 56 may be advantageous.
  • the buffer layer 6 may be interrupted in the transition region 56, so that the emitter layer 5 and the Base layer 6 is assigned in each case a separate buffer layer section (not shown). Both here and in the cases according to FIGS. 6 to 8, a protective layer (not shown) may be applied in the transition region 56 on the base semiconductor 1 or on the buffer layer 3, for example a lacquer layer. It can also be provided that, in the transition region 56, the buffer layer 3 strikes a front edge of the emitter layer 5 or the base layer 6 with an end edge, as illustrated in FIG. 4 as a third embodiment in EP 1 519 422 A2.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zu dessen Herstellung, wobei die Solarzelle einen Basishalbleiter (1) und eine auf dem Basishalbleiter (1) angeordnete Emitterschicht (5) umfasst, wobei der Basishalbleiter (1) Durchgangslöcher (2) mit Innenwänden (21) aufweist und sich die Emitterschicht (5) im Wesentlichen vollständig über die Innenwände (21) erstreckt, und wobei der Basishalbleiter (1) und die Emitterschicht (5) zusammen einen Heteroübergang bilden.

Description

Titel:
Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Photovoltaische Solarzellen weisen einen Ladungsträger trennenden Übergang zwischen einer Basis und einem Emitter auf, in dem aufgrund einfallender Lichtstrahlen erzeugte freie Ladungsträger getrennt und mittels angeschlossener Emitter- und Basiskontakte als Solarstrom abgeführt werden. Ein Beispiel für einen derartigen Übergang bildet ein pn-Übergang zwischen einem n- oder p-dotierten Basishalbleiter und einer dementsprechend entgegengesetzt dotierten Emitterschicht.
Um eine Abschattung der Solarzelle zu minimieren oder möglichst ganz zu vermeiden, werden bei manchen Solarzellentypen sowohl die Emitter- als auch die Basiskontakte auf einer Rück- oder dem einfallenden Licht abgewandten Seite der Solarzelle aufgebracht. Eine besondere Gruppe derartiger rückkontaktierter Solarzellen stellen sogenannte Emitter-Wrap-Through- Solarzellen (EWT-Solarzellen) dar. Bei EWT-Solarzellen sind die Emitterschichten auf der Vorder- oder Lichteinfallseite eines Solarzellenwafers aufgebracht und erstrecken sich zudem durch Durchgangslöcher im Solarzellenwafer. Auf diese Weise können die Emitterkontakte auf der Solarzellenrückseite kontaktiert werden.
In der Regel werden Emitterbereiche mittels Diffusionsprozessen hergestellt, bei denen ein Solarzellenwafer aus einem dotierten Basishalbleiter im vorgesehenen Emitterbereich mit einem Dotierstoff dotiert wird. Bei EWT- Solarzellen besteht hierbei das Problem, dass die resultierenden Solarzellen hohe Sättigungsströme und niedrige Füllfaktoren aufweisen können, was einen geringeren Wirkungsgrad zur Folge hat. Darüber hinaus sind in der Regel zwei Diffusionsschritte erforderlich, um die vorder- und gegebenenfalls rückseitigen Emitterflächen sowie einen besonders leitfähigen Bereich an den Lochwandungen herzustellen. Hieraus ergeben sich hohe Herstellungskosten und längere Produktionszeiten.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine EWT-Solarzelle sowie ein Herstellungsverfahren für eine EWT-Solarzelle bereitzustellen, um einen besseren Wirkungsgrad bei geringerem Herstellungsaufwand zu erzielen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Solarzelle mit den
Merkmalen des Anspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung beruht auf den Gedanken, die Emitterschichten nicht als eine Diffusionsschicht in dem Basishalbleiter zu erzeugen, sondern aus einem Material so auf dem Basishalbleiter zu bilden, dass ein HeteroÜbergang zwischen Emitterschicht und Basishalbleiter entsteht. Ein Dotieren des Basishalbleiters mit Dotierstoffen zur Herstellung des Emitters wird somit überflüssig. Hierdurch werden der hohe Energieverbrauch und die mögliche Materialdegradation als Folge herkömmlicher Diffusionsverfahren vermieden, bei denen es sich in der Regel um Hochtemperaturprozesse handelt. Der HeteroÜbergang hat ferner den Vorteil, dass hierdurch der Sättigungsstrom der Solarzelle niedrig gehalten wird. Zudem wird die Handhabung („handling") insbesondere dünnerer Solarzellen (Waferstärken von weniger als 300 μm) bei der Herstellung erleichtert und sicherer gemacht, so dass die Bruchgefahr sinkt.
Die Durchgangslöcher erstrecken sich über eine Schichtdicke des Basishalbleiters und ihre Innenwände sind vollständig mit der Emitterschicht ausgekleidet. Dies bedeutet, dass die Emitterschicht die Innenwände mittelbar oder unmittelbar bedeckt. Die Durchgangslöcher können je nach Bedarf einen kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Als Beispiel können die Durchgangslöcher Durchmesser von etwa 50 μm bis 100 μm aufweisen und in Abständen in der Größenordnung von etwa 1 mm, beispielsweise rasterförmig mit einem Rasterabstand von etwa 1 mm, angeordnet sein. Der Basishalbleiter weist bevorzugt eine Dicke von etwa 50 μm bis 300 μm auf. Die Durchgangslöcher haben vorzugsweise ein Aspektverhältnis von etwa 0,3 bis 3, vorzugsweise von 1.
Bevorzugterweise handelt es sich bei dem Basishalbleiter um einen kristallinen Halbleiterwafer, auf dem eine Emitterschicht aus amorphem Halbleitermaterial aufgebracht ist, um den HeteroÜbergang zu bilden. Mit amorphem Material können hier auch alle Übergangsformen wie nanokristallines, polymorphes oder mikrokristallines Halbleitermaterial gemeint sein. Vorzugsweise sind Basishalbleiter und Emitterschicht unterschiedlich dotiert und bilden somit einen anisotypen HeteroÜbergang. Beispielsweise kann der Basishalbleiter n-leitend und die Emitterschicht p-leitend sein.
Die Durchgangslöcher im Basishalbleiter können mittels Laserbearbeitung erzeugt werden. Ferner kann ein Reinigungsschritt nach dem Bohren der Durchgangslöcher mittels nasschemischer Verfahren oder mittels eines Plasmaprozesses durchgeführt werden. Die Durchgangslöcher erstrecken sich nach Fertigstellen der Solarzelle durch den Basishalbleiter und auch durch weitere hierauf aufgebrachte Schichten auf der Basishalbleitervorderseite und der Basishalbleiterrückseite.
Das Abscheiden der Emitterschicht, der transparenten leitfähigen Schicht und gegebenenfalls der sich zwischen Emitter und Basis befindenden optionalen Pufferschicht erfolgt vorzugsweise mittels plasmaunterstützter Abscheidungsverfahren. Hierbei wird ausgenutzt, dass sich die plasmaunterstützt deponierten Schichten auch auf den Innenwänden der Durchgangslöcher abscheiden. Somit entstehen bei der Abscheidung der Emitterschicht auch HeteroÜbergänge in den Durchgangslöchern, wodurch Kurzschlüsse oder Shunts vermieden werden. Weiterhin wird bei - A - plasmaunterstützter Abscheidung der transparenten leitfähigen Schicht die Leitfähigkeit entlang der Innenwände erhöht.
Eine mögliche Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Solarzelle umfasst somit folgende Schritte:
1. Erzeugen von Durchgangslöchern im Basishalbleiter, beispielsweise mittels Laserbohren;
2. Reinigen und Ätzen zum Entfernen von Sägeschaden, beispielsweise mittels Nasschemie; 3. gegebenenfalls Anwendung von Defektgetterprozessen, wie einer
Phosphordiffusion mit anschließendem Wegätzen der Phosphorschicht, zur Reduzierung rekombinationsaktiver Verunreinigungen;
4. beidseitig ganzflächiges Abscheiden der Emitterschicht gegebenenfalls mit einer zuvor abgeschiedenen intrinsischen Pufferschicht; 5. vorderseitiges Abscheiden einer Antireflexionsschicht (ARC - „anti reflection coating"), beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO - „transparent conductive oxide") mit etwa 80nm Dicke mittels Sputtern; 6. Maskieren der Solarzellenrückseite; 7. Stellenweise entfernen des Emitters, beispielweise mittels lokalen Ätzens;
8. Abscheiden einer Basisschicht;
9. Entfernen der Maskierung;
10. Aufbringen einer weiteren Maskierung;
11. Abscheiden einer rückseitigen Verspiegelung, vorzugsweise für den Infrarotbereich, und einer Kontaktfläche für Polymerkleber, beides beispielsweise aus TCO mittels Sputtern;
12. Entfernen der Maskierung;
13. Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Polymerklebers längs der Emitter und der Basiskontakte, vorzugsweise mittels InkJet-Verfahren; 14. Aufbringen von Drähten, beispielsweise mittels Aufkleben; und 15. Laminieren. Die Schritte 4., und / oder 8. werden vorzugsweise mittels plasmaunterstützter Abscheidungsverfahren wie PECVD („plasma enhanced chemical vapor deposition") durchgeführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Emitterschicht und dem Basishalbleiter eine oberflächenpassivierende Pufferschicht aus einem intrinsischen, das bedeutet im Wesentlichen undotierten Halbleitermaterial angeordnet. Vorzugsweise ist die Pufferschicht aus einem defektarmen amorphen Halbleitermaterial wie z.B. a-Si:H, a-SiO:H a-SiC:H oder a-SiN:H gebildet. Im Falle von intrinsischem a-Si:H handelt es sich um ein sogenanntes HIT-Design (HIT - „heterojunction with intrinsic thin layer"). Aufgrund der verbesserten Oberflächenpassivierung wird die Rekombinationsrate an der Basishalbleiteroberfläche vermindert, wodurch der Solarzellenwirkungsgrad steigt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich die Pufferschicht teilweise oder vollständig über die Innenwände der Durchgangslöcher erstreckt. Mit anderen Worten, die Innenwände sind zumindest teilweise mit der Pufferschicht ausgekleidet, die sich unterhalb der geschlossenen Emitterschicht befindet.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Emitterschicht und / oder die Pufferschicht eine Basishalbleitervorderseite und / oder eine Basishalbleiterrückseite teilweise oder im Wesentlichen vollständig bedecken. Die Basishalbleitervorderseite entspricht hierbei einer
Lichteinfallseite der Solarzelle im Betrieb. Vorzugsweise ist die Emitterschicht im Wesentlichen auf der gesamten Basishalbleitervorderseite aufgebracht. Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Pufferschicht unterhalb der Emitterschicht vollständig ist. Mit anderen Worten, Bereiche der Basishalbleitervorderseite, der Basishalbleiterrückseite und / oder der
Innenwände können auch unmittelbar mit der Emitterschicht beschichtet sein, wobei sich zwischen der Emitterschicht und dem Basishalbleiter keine weitere Schicht befindet. Wenn die Pufferschicht die Basishalbleitervorderseite, die Basishalbleiterrückseite und die Innenwände der Durchgangslöcher vollständig bedeckt, wird die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den sich über der Emitterschicht befindenden leitfähigen Schichten und dem Basishalbleiter zusätzlich verringert.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Pufferschicht eine Dicke im Bereich zwischen 0, 1 und 15 nm, vorzugsweise zwischen 2 und 8 nm, aufweist. Die Pufferschicht kann auf der Basishalbleitervorderseite, auf der
Basishalbleiterrückseite und auf den Innenwänden jeweils unterschiedliche Dicken aufweisen. Beispielsweise kann sie aufgrund des verwendeten Abscheidungsprozesses in den Durchgangslöchern eine geringere Dicke aufweisen, als auf den übrigen Oberflächen der Solarzelle.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Basishalbleiter aus einem kristallinen Material gebildet ist. Zum Beispiel kann er als Halbleiterwafer vorliegen oder in Folienform gebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Pufferschicht und / oder die Emitterschicht amorphes Halbleitermaterial umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Basishalbleiter und die Emitterschicht einen anisotypen HeteroÜbergang bilden. Mit anderen Worten, wenn der Basishalbleiter n-leitend ist, ist die Emitterschicht p-leitend und umgekehrt. Bei einer Abscheidung der
Emitterschicht aus einer Gasphase, kann dies beispielsweise mittels Beimischen eines Dotierstoffes zu einem Emitter-Grundmaterial erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Basishalbleiter, die Emitterschicht und / oder die Pufferschicht aus einem gleichen Werkstoff gebildet sind. Die Pufferschicht und / oder die Emitterschicht können zudem aus dem gleichen Werkstoff gebildet sein, wie der Basishalbleiter, beispielsweise aus Silizium. Auch bei identischen Werkstoffen (z.B. Silizium) ist zu beachten, dass die Mikrostruktur der Schichten und des Basishalbleiters unterschiedlich sein können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Emitterschicht und / oder die Pufferschicht eine Stirnfläche des Basishalbleiters bedeckt. Bei der Stirnfläche handelt es sich im Falle eines Halbleiterwafers um eine oder mehrere umlaufende Waferaußenkanten. Der Emitter und gegebenenfalls die Pufferschicht bedecken vorzugsweise sämtliche Waferaußenkanten, um dort eine Oberflächenpassivierung zu erreichen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Emitterschicht teilweise oder vollständig mit einer transparenten leitfähigen Schicht bedeckt ist. Diese kann beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid wie Zinkoxid (ZnO), Indium-Zinnoxid (ITO) oder dergleichen gebildet sein. Auf der dem Licht zugewandten Seite beträgt die Dicke der transparenten leitfähigen Schicht vorzugsweise etwa 80 nm, da sie dort auch als Antireflexschicht wirkt. An den Innenwänden in den Durchgangslöchern kann die Schichtdicke auch größer sein, um so einen möglichst geringen Serienwiderstand zu gewährleisten.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf einer
Basishalbleiterrückseite Elektroden mittels eines leitfähigen Kontaktmaterials z.B. in Form eines Klebemittels mit der Emitterschicht und/oder der der Basisschicht und/oder den jeweils zugehörigen transparenten leitfähigen Schichten elektrisch kontaktiert sind. Als Elektroden können hierbei Metalldrähte verwendet werden, die auf einer Folie geklebt sind, oder auf eine Folie gedruckte Leiterbahnen. Eine derartige Draht- oder Leiterbahnfolie kann dann gegen die Basishalbleiterrückseite gedrückt oder hieran beispielsweise mittels Klebemittel befestigt werden. Alternativ können die Elektroden auch ohne Folie ausschließlich mittels des Kontaktmaterials an der Basishalbleiterrückseite gehalten sein.
Das Kontaktmaterial kann beispielsweise aus einer Polymerpaste beziehungsweise einem Polymerkleber gebildet sein, mit der sich insbesondere eine starke Haftung mit der transparenten leitfähigen Schicht erzeugen lässt. Bei der elektrischen Kontaktierung ist darauf zu achten, dass ein niederohmiges Einsammeln des Stroms von der Basishalbleitervorderseite durch die Elektroden gewährleistet ist. Es ist daher ein guter Kontakt zum Emitter beziehungsweise zu der transparenten leitfähigen Schicht notwendig.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das leitfähige Kontaktmaterial in die Durchgangslöcher hinein reicht. Hierdurch wird zusätzlich der elektrische Widerstand der Verbindung zwischen der vorderseitigen Emitterschicht und den rückseitigen Elektroden durch die Löcher verringert, da das Kontaktmaterial zusätzlich zur Stromleitung durch die Löcher beiträgt. Das Kontaktmaterial bildet also vorzugsweise eine dünne Schicht entlang der Innenwände der Durchgangslöcher und reicht bevorzugt bis an obere Ränder der Durchgangslöcher oder füllt diese aus, ohne jedoch die Basishalbleitervorderseite zu bedecken und somit eine teilweise Abschattung der Solarzelle zu bewirken.
Beispielsweise wäre eine Emitterschichtdicke von etwa 10 nm zu dünn, um für eine gute Leitfähigkeit durch die Durchgangslöcher hindurch zu sorgen. Eine hierauf aufgebrachte transparente leitfähige Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm würde möglicherweise eine hinreichend hohe Leitfähigkeit erzeugen. Erheblich verbessert wird die Leitfähigkeit entlang der Durchgangslöcher jedoch mit einem in die Durchgangslöcher hineinreichenden leitfähigen Kontaktmaterial, beispielsweise aus einem leitfähigen Klebemittel.
Wie bereits erläutert, ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das leitfähige Kontaktmaterial im Wesentlichen entlang einer gesamten Lochtiefe in die Durchgangslöcher hinein reicht. Dies kann beispielweise aufgrund von Kapillareffekten erfolgen, wenn das Kontaktmaterial in flüssiger Form aufgebracht wird oder das Kontaktmaterial kann während des Aufbringens in die Durchgangslöcher hineingedrückt werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Herstellungsverfahrens findet eine Deposition einer Pufferschicht aus einem intrinsischen Halbleitermaterial auf den Basishalbleiter statt, wobei vorzugsweise zuvor ein Defektgetterprozess durchgeführt wird. Ferner wird in einer zweckmäßigen Ausführungsform auf der Emitterschicht eine transparente leitfähige Schicht aufgetragen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pufferschicht, die Emitterschicht und / oder die transparente leitfähige Schicht beidseitig auf dem Basishalbleiter abgeschieden werden. Dies kann gleichermaßen für eine transparente leitfähige Schicht gelten, die jedoch auf der
Basishalbleiterrückseite nicht zwingend erforderlich ist. Je nach Abscheidungsbedingungen, beispielweise den Plasma- Eigenschaften bei plasmaunterstützter Abscheidung, und dem Aspektverhältnis der Durchgangslöcher nimmt die Schichtdicke mit der Eindringtiefe in einem Durchgangsioch ab.
Die beidseitige Abscheidung einer Schicht kann in einem Verfahrensschritt durchgeführt werden. Alternativ kann die Abscheidung einer oder mehrerer der Schichten aufgespaltet werden in eine vorderseitige Abscheidung und eine rückseitige Abscheidung, die nacheinander erfolgen. Eine derartige Aufspaltung hat beispielsweise den Vorteil, dass die so erzeugte Schicht auf den Innenwänden der Durchgangslöcher durch Überlagerung der beiden Abscheidungsschritte eine größere Schichtdicke erhält. Dies ist insbesondere bei jenen Abscheidungsprozessen hilfreich, bei denen die in den Durchgangslöchern erzeugten Schichtdicken in der Regel gering sind. Zudem kann hierdurch sichergestellt werden, dass die Innenwände tatsächlich im Wesentlichen vollständig mit der jeweiligen Schicht bedeckt sind.
Ferner lassen sich so jeweils unterschiedliche Schichtdicken auf Vorder- und Rückseite der Solarzelle erzeugen. Beispielsweise kann die Dicke der transparenten leitfähige Schicht auf der Basishalbleitervorderseite für den Lichteinfall optimiert werden, beispielsweise als Antireflexionsschicht, während die Schicht auf der Basishalbleiterrückseite dicker abgeschieden wird, um dort eine erhöhte Leitfähigkeit zu erreichen und zudem die Schichtdicke in den Innenwänden unabhängig von der Schichtdicke auf der Basishalbleitervorderseite zu erhöhen.
Im Übrigen kann auch mittels der gleichen Abscheidungsverfahren eine Basisschicht auf der Basishalbleiterrückseite hergestellt werden, und zwar vorzugsweise unmittelbar vor oder nach der Abscheidung der Emitterschicht. Diese Basisschicht besteht vorzugsweise aus amorphem Material des Basiswerkstoffes und ist vorzugsweise vom gleichen Dotiertyp hoch dotiert um einen Back-Surface-Field-Effekt (BSF-Effekt) zu erzielen. Somit lässt sich auch die Basisschicht mit oder ohne einer hierunter angeordneten oberflächenpassivierenden Pufferschicht und / oder mit einer hierauf angeordneten transparenten leitfähigen Schicht herstellen.
Alternativ kann der Basiskontakt auch auf andere Weise gebildet werden, beispielsweise mittels direktes Kontaktieren des Basismaterials mit dem Metall, mittels LFC-Strukturen (LFC - „Laser Fired Contacts"), PERC-Strukturen (PERC - „Passivated Emitter and Rear Cell", Isolierende Rückseitenpassivierung mit lokalen Öffnungen) oder PERL-Strukturen (PERL - „passivated emitter, rear locally diffused", wie PERC, wobei allerdings die lokalen Kontaktbereiche im Wafer hoch dotiert sind) oder anderer Verfahren, bei denen das Basismaterial nicht eine Temperatur übersteigt, die die amorphen Schichten schädigt. Auch eine Kontaktierung des Metalls auf durch Diffusionsprozesse hoch dotierte Bereiche des Basismaterials ist möglich. Allerdings müssen die Diffusionsprozesse vor der Abscheidung der amorphen Schichten erfolgen, um diese nicht durch die hohen Temperaturen zu schädigen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass Innenwände der Durchgangslöcher mittels Auftragen eines leitfähigen Kontaktmaterials bedeckt werden. Vorzugsweise erfolgt dies mittels Auftragen des Kontaktmaterials in einer flüssigen oder streichfähigen Form von der Basishalbleiterrückseite her. Die Innenwände sollten hierbei vorteilhafterweise vollständig bedeckt werden, beispielsweise unter Ausnutzung des Kapillareffektes. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das leitfähige Kontaktmaterial mittels InkJet-Verfahren, Siebdruck mit leitfähigen Pasten, Dispenstechnologien, Sputtern und / oder Aufdampfen aufgetragen wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Deposition der Pufferschicht, der Emitterschicht und / oder der transparenten leitfähigen Schicht plasmaunterstützt erfolgt, beispielsweise mittels eines PECVD-Verfahrens. Für die Schichtdeposition können ferner alternativ oder kumulativ weitere Abscheidungsverfahren wie Sputtern und andere Varianten physikalischer oder chemischer Abscheidung aus der Gasphase oder dergleichen verwendet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 bis 6 die schrittweise Herstellung einer Solarzelle gemäß einer
Ausführungsform mit in einem Schritt beidseitig abgeschiedener
Pufferschicht; Fig. 7 eine Ausführungsform der Solarzelle mit einseitig aufgebrachter
Pufferschicht; und Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Solarzelle, mit einer beidseitig in zwei getrennten Abscheidungsschritten aufgebrachter Pufferschicht.
Die Fig. 1 bis 6 verdeutlichen schematisch die unterschiedlichen Stadien bei der Herstellung einer EWT-Solarzelle.
Gemäß der Fig. 1 wird zunächst ein Basishalbleiter 1 , beispielsweise aus einem Halbleiterwafer bereitgestellt. Der Basishalbleiter 1 weist mehrere sich hierdurch erstreckende Durchgangslöcher 2 mit Innenwänden 21 auf, von denen in der Fig. 1 eines sichtbar ist. Das Durchgangsloch 2 erstreckt sich zwischen einer Basishalbleitervorderseite 11 und einer Basishalbleiterrückseite 13. Es kann beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, so dass seine Innenwand 21 zylindermantelförmig ist.
Auf dem Basishalbleiter 1 könnte, wie nachfolgend noch erläutert, direkt eine Emitterschicht aufgebracht werden. Um jedoch eine bessere
Oberflächenpassivierung zu erzielen, wird gemäß der Fig. 2 auf dem Basishalbleiter 1 eine Pufferschicht 3 abgeschieden. Die hier dargestellte Pufferschicht 3 ist in einem Abscheidungsschritt gleichzeitig auf der Basishalbleitervorderseite 11 , der Basishalbleiterrückseite 13 und den Innenwänden 21 der Durchgangslöcher 2 abgeschieden worden. Wie nachfolgend im Zusammenhang mit der Emitterschicht und Bezug nehmend auf die Fig. 8 auch im Zusammenhang mit der Pufferschicht 3 erläutert wird, kann die Pufferschicht jedoch alternativ vorderseitig und rückseitig nacheinander abgeschieden werden.
Anschließend wird eine Emitterschicht 5 auf der Pufferschicht 3 erzeugt, indem zunächst eine vorderseitige Emitterschicht 5a, das heißt eine auf der Basishalbleitervorderseite 11 aufgetragene Emitterschicht 5 abgeschieden wird. Hierauf folgend wird eine rückseitige Emitterschicht 5b, das heißt eine auf der Basishalbleiterrückseite 13 aufgetragene Emitterschicht 5 abgeschieden.
Das Ergebnis nach der Abscheidung der vorderseitigen Emitterschicht 5a ist in der Fig. 3 gezeigt. Es wird hier verdeutlicht, dass auch die Innenwände 21 der Durchgangslöcher 2 möglichst vollständig durch die Emitterschicht 5 bedeckt werden. Abhängig von gewählten Abscheidungsverfahren und dessen Parametern, kann die Schichtdicke der vorderseitigen Emitterschicht 5a, anders als dargestellt, entlang der Basishalbleitervorderseite 11 größer ausfallen oder entlang der Innenwände 21 graduell abnehmen.
Die Fig. 4 zeigt das Ergebnis nach dem rückseitigen Aufbringen der Emitterschicht 5 und einer rückseitig abgeschiedenen Basisschicht 6. Die Basisschicht 6 kann hierbei aus einem anderen Material als die Emitterschicht 5 gebildet sein. Alternativ kann sie jedoch auch das gleiche Material umfassen. Beispielsweise kann die rückseitige Emitterschicht 5a aus einem p-leitenden amorphen Silizium (a-Si:H) gebildet sein, während die Basisschicht 6 aus n- leitendem a-Si hergestellt ist. Die strukturierte rückseitige Emitterschicht 5b und die Basisschicht 6 können unter Zuhilfenahme von Maskierungen nacheinander hergestellt werden.
Wie in der Fig. 4 angedeutet, überlagern sich die rückseitige Emitterschicht 5b und die vorderseitige Emitterschicht 5a auf der Innenwand 21 des Durchgangslochs 2, so dass sich dort die Schichtdicke auf der Innenwand 21 aus den dortigen Emitterschichtdicken der Emitterschichten 5a und 5b addieren. Eine derartige Überlappung einer vorderseitigen Abscheidung und einen rückseitigen Abscheidung kann bei beidseitig abgeschiedenen Schichten für die Pufferschicht 3, für die Emitterschicht 5 und / oder für die transparente leitfähige Schicht 7 vorgesehen werden.
Die Fig. 5 zeigt die Solarzelle aus der Fig. 4, nachdem eine transparente leitfähige Schicht 7 vorderseitig abgeschieden worden ist. Wie vorangehend im Zusammenhang mit der Abscheidung der Emitterschicht 5 beschrieben, wird auch hier die Innenwand 21 des Durchgangsloches 2 mit der transparenten leitfähigen Schicht 7 bedeckt, wie dargestellt vorzugsweise vollständig und isotrop. Abhängig vom Abscheidungsverfahren und dessen Parametern kann die Schichtdicke im Bereich der Innenwand, wie vorangehend ausgeführt, variieren. Auf der Basishalbleitervorderseite 11 kann die transparente leitfähige Schicht 7 bei entsprechender Ausgestaltung zugleich als Antireflexionsschicht (ARC) dienen.
Schließlich veranschaulicht Fig. 6 die Kontaktierung der fertigen Solarzelle mittels Elektroden 8, welche mittels eines leitfähigen Kontaktmaterials 9 rückseitig mit der Solarzelle verbunden werden. Für die Kontaktierung der Basisschicht 6 erstreckt sich das leitfähige Kontaktmaterial 9 entlang der Basisschicht 6. Für die Kontaktierung der Emitterschicht 5 ist es vorteilhaft, wenn das leitfähige Kontaktmaterial 9 in die Durchgangslöcher 2 eindringt und die Innenwände 21 - anders als hier dargestellt - vorzugsweise vollständig bedeckt. Wenn das leitfähige Kontaktmaterial 9 beispielsweise in flüssiger Form aufgetragen wird, so kann es entlang der Innenwände 21 der Durchgangslöcher 2 fließen und diese benetzen.
Bei den Elektroden 8 kann es sich beispielsweise um Metalldrähte handeln, zum Beispiel aus verzinntem Kupfer, welche in parallel zueinander verlaufenden Bahnen angeordnet und gegebenenfalls mit leitfähigem Kontaktmaterial 9 bedeckt sind. Diese Drahtanordnung wird zu Kontaktierung rückseitig auf die Solarzelle gelegt. Alternativ kann es sich bei den Elektroden 8 um eine mittels Strukturierung einer Metallfolie oder mittels Siebdruck erzeugte, auf einer Polymerfolie angeordnete Elektrodenstruktur handeln, die rückseitig auf die Solarzelle gelegt wird. Ebenso ist denkbar, dass die Elektroden in Metalldrahtform als vorkonfektionierte Elektrodenstruktur auf einer Folie oder einer Platte fixiert sind.
In jedem Fall werden die Elektroden 8 vorzugsweise durch das leitfähige Kontaktmaterial 9 an der Solarzelle gehalten. Bei dem leitfähigen Kontaktmaterial 9 handelt es sich vorzugsweise um ein leitfähiges Haft- oder Klebemittel, dass beispielsweise mittels InkJet-Verfahren aufgetragen ist.
Eine Ausführungsform einer Solarzelle mit einem etwas anderen Schichtaufbau, als in der Fig. 6 dargestellt, ist in der Fig. 7 abgebildet. Hier wurde die Pufferschicht 3 nur vorderseitig aufgebracht. Der Emitter besteht aus einer beidseitig abgeschiedenen Emitterschicht 5, welche auf der
Basishalbleiterrückseite 13 derart strukturiert ist, dass sie auf Bereiche um die Durchgangslöcher 2 begrenzt ist.
Anders als die in der Fig. 6 dargestellte Ausführungsform, umfasst die transparente leitfähige Schicht 7 der Solarzelle in der Fig. 7 eine vorderseitig deponierte transparente leitfähige Schicht 7a und eine rückseitig deponierte transparente leitfähige Schicht 7b, die sich in dem Durchgangsloch 2 überlagern, so dass die Innenwände 21 dicker bedeckt sind. Zudem bedeckt die transparente leitfähige Schicht auch die Basisschicht 6.
Schließlich zeigt die Fig. 8 eine Ausführungsform einer Solarzelle, bei der die Pufferschicht 3 aus einer vorderseitigen Pufferschicht 3a und einer rückseitigen Pufferschicht 3b zusammengesetzt ist, die sich in den Durchgangslöchern 2 überlagern Demgegenüber sind sowohl die Emitterschicht 5 als auch die transparente leitfähige Schicht 7 in einem Verfahrensschritt beidseitig abgeschiedenen worden. Die Abscheidung erfolgte entweder unter Verwendung von Maskierungen, oder es wurden durch einen anschließenden
Strukturierungsschritt die Emitterschicht 5 und die transparente leitfähige Schicht 7 auf der Basishalbleiterrückseite 13 strukturiert. Wie vorangehend erläuterten, können die Pufferschicht 3, die Emitterschicht 5 und die transparente leitfähige Schicht 7 unabhängig voneinander einseitig oder beidseitig auf dem Basishalbleiter 1 aufgebracht sein, im letzteren Fall jeweils entweder in einem oder in zwei Abscheidungsschritten.
Sowohl hier als auch bei der Ausführungsform der Solarzelle gemäß der Fig. 7 können die Elektroden 8 entsprechend den vorangehend in Zusammenhang mit der Fig. 6 beschriebenen Verfahren gebildet und mit der Solarzelle verbunden werden.
In den Fig. 6 bis 8 wird ist ein Übergangsbereich 56 zwischen der (rückseitigen) Emitterschicht 5b, 5 und der Basisschicht 6 erkennbar. Während in den Fig. 6 und 8 der Übergangsbereich 56 durch eine durchgehende (rückseitige)
Pufferschicht 3b, 3 gekennzeichnet ist, ist die Basishalbleiterrückseite 13 in dem Übergangsbereich 56 in der Ausführungsform gemäß der Fig. 7 freigelegt. Es können alternativ hierzu auch weitere Ausführungsformen für den Übergangsbereich 56 vorteilhaft sein.
Einige vorteilhafte Ausführungsformen für den Übergangsbereich 56 sind in EP 1 519 422 A2 beschrieben. Beispielsweise kann die Pufferschicht 6 in dem Übergangsbereich 56 unterbrochen sein, so dass der Emitterschicht 5 und der Basisschicht 6 jeweils ein eigener Pufferschichtabschnitt (nicht dargestellt) zugeordnet ist. Sowohl hier als auch in den Fällen gemäß den Fig. 6 bis 8 kann im Übergangsbereich 56 auf dem Basishalbleiter 1 oder auf der Pufferschicht 3 eine Schutzschicht (nicht dargestellt) aufgebracht sein, beispielsweise eine Lackschicht. Es kann auch vorgesehen sein, dass im Übergangsbereich 56 die Pufferschicht 3 mit einer Stirnkante auf eine Stirnkante der Emitterschicht 5 oder der Basisschicht 6 trifft, wie dies als dritte Ausführungsform in EP 1 519 422 A2 anhand der dortigen Fig. 4 veranschaulicht ist.
Bezugszeichenliste:
1 Basishalbleiter
11 Basishalbleitervorderseite 13 Basishalbleiterrückseite
2 Durchgangsloch
21 Durchgangsloch-Innenwände
3 Pufferschicht
3a vorderseitige Pufferschicht
3b rückseitige Pufferschicht
5 Emitterschicht, 5a vorderseitige Emitterschicht
5b rückseitige Emitterschicht
56 Übergangsbereich
6 Basisschicht
7 transparente leitfähige Schicht
7a transparente leitfähige Schicht, vorderseitig deponiert
7b transparente leitfähige Schicht, rückseitig deponiert
8 Elektrode 9 leitfähiges Kontaktmaterial

Claims

Patentansprüche:
1. Solarzelle mit einem Basishalbleiter (1 ) und einer auf dem Basishalbleiter (1 ) angeordneten Emitterschicht (5), wobei der Basishalbleiter (1 ) Durchgangslöcher (2) mit Innenwänden (21 ) aufweist und sich die Emitterschicht (5) im Wesentlichen vollständig über die Innenwände (21 ) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Basishalbleiter (1 ) und die Emitterschicht (5) zusammen einen HeteroÜbergang bilden.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Emitterschicht (5) und dem Basishalbleiter (1 ) eine oberflächenpassivierende Pufferschicht (3) aus einem intrinsischen Halbleitermaterial angeordnet ist,
3. Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Pufferschicht (3) teilweise oder vollständig über die Innenwände (21 ) der
Durchgangslöcher (2) erstreckt.
4. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterschicht (5) und / oder die Pufferschicht (3) eine Basishalbleitervorderseite (11 ) und / oder eine
Basishalbleiterrückseite (13) teilweise oder im Wesentlichen vollständig bedecken.
5. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 und 15 nm, vorzugsweise zwischen 2 und 8 nm, aufweist.
6. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basishalbleiter (1 ) aus einem kristallinen Material gebildet ist.
7. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3) und / oder die Emitterschicht (5) amorphes Halbleitermaterial umfassen.
8. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basishalbleiter (1 ) und die Emitterschicht (5) einen anisotypen HeteroÜbergang bildet.
9. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Basishalbleiter (1 ), die Emitterschicht (5) und / oder die Pufferschicht (3) aus einem gleichen Werkstoff gebildet sind.
10. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterschicht (5) und / oder die Pufferschicht (3) eine Stirnfläche des Basishalbleiters (1 ) bedeckt.
11. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emitterschicht teilweise oder vollständig mit einer transparenten leitfähigen Schicht (7) bedeckt ist.
12. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Basishalbleiterrückseite (13) Elektroden (8) mittels eines leitfähigen Kontaktmaterial (9) mit der Emitterschicht (5) und/oder der transparenten leitfähigen Schicht (7) elektrisch kontaktiert sind.
13. Solarzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Kontaktmaterial (9) in die Durchgangslöcher (2) hinein reicht.
14. Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Kontaktmaterial (9) im Wesentlichen entlang einer gesamten Lochtiefe in die Durchgangslöcher (2) hinein reicht.
15. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines flächigen Basishalbleiters (1 ) mit einer Basishalbleitervorderseite (11 ) und einer Basishalbleiterrückseite (13); - Ausbilden von Durchgangslöchern (2) mit Innenwänden (21 ) in den
Basishalbleiter (1 ); und
Deposition einer Emitterschicht (5) zum Bilden eines HeteroÜbergangs zwischen der Emitterschicht (5) und dem Basishalbleiter (1 ) , wobei die Emitterschicht (5) im Wesentlichen vollständig im Bereich der Innenwände (21 ) der Durchgangslöcher
(2) abgeschieden wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Deposition einer Pufferschicht (3) aus einem intrinsischen Halbleitermaterial auf den Basishalbleiter (1 ).
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Emitterschicht (5) eine transparente leitfähige Schicht (7) aufgetragen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (3), die Emitterschicht (5) und / oder die transparente leitfähige Schicht (7) beidseitig auf dem Basishalbleiter (1 ) abgeschieden werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Innenwände (21 ) der Durchgangslöcher (2) mittels Auftragen eines leitfähigen Kontaktmaterials (9) bedeckt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Kontaktmaterial (9) mittels Inkjetverfahren, Siebdruck leitfähiger Pasten, Dispenstechnologie, Sputtern und / oder Aufdampfen aufgetragen wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Deposition der Pufferschicht (3), der Emitterschicht (5) und / oder der transparente leitfähige Schicht (7) plasmaunterstützt erfolgt.
PCT/DE2009/075073 2009-01-16 2009-12-03 Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle WO2010081460A1 (de)

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DE102009000279A DE102009000279A1 (de) 2009-01-16 2009-01-16 Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
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