WO2011107094A2 - Solarzelle mit dielektrischer rückseitenverspiegelung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a solar cell having a rear side reflection dielektri ⁇ rule according to the preamble of claim 9 and a method for their preparation according to the preamble of claim 1.
  • backside dielectric mirrors With such backside dielectric mirrors, the recombination rate of the backside charge carriers can be significantly reduced. Recombination rates of less than 500 cm / s can be achieved.
  • a far more common, full-surface aluminum back contact with ⁇ out supportedem back surface field (often called back surface field loading stands), however, achieved only Rekombinationsgeschwindigkei ⁇ th in the order of 1000 cm / s.
  • An ohmic backside contact metal used as backside mirror without back field even has Rekombinationsgeschwindigkei ⁇ th about 10 6 cm / s.
  • the present invention is based on the object of providing a method which makes it possible to dispense a low-cost dielectric coating and contacting a solar cell rear side.
  • the present invention seeks to provide a cost-effectively producible solar cell with a dielectrically mirrored back available.
  • the inventive method provides that a layer stack dielektri ⁇ shear layers is applied to a back ⁇ side of a solar cell substrate. This layer stack is heated and maintained at temperatures of at least 700 ° C for a period of at least 5 minutes. By a method having these features, the former object is already solved.
  • the layer stack is maintained at temperatures of at least 700 ° C for a period of at least 10 minutes.
  • the period during which the layer stack is maintained at tempera ⁇ ren of at least 700 ° C may be interrupted by phases in principle, in which the layer stack has temperatures less than 700 ° C. It is therefore possible to provide several time periods in which the layer stack is kept at temperatures of at least 700 ° C. Cumulatively, these time sections extend over at least 5 Minu ⁇ ten, preferably at least about 10 minutes.
  • a silicon solar cell substrate is preferably used.
  • a layer stack which comprises a silicon oxide layer with a thickness of less than
  • the thickness of the silicon oxide ⁇ layer is preferably between 5 nm and 100 nm, particular ⁇ DERS preferably between 10 nm and 100 nm.
  • the said Silizi ⁇ umoxid für can be applied in any manner known per se in principle.
  • the silicon oxide layer ⁇ can be brought by chemical deposition from a vapor phase on ⁇ . If a silicon solar cell substrate verwen ⁇ det, the silicon oxide layer can be formed by thermal oxidation of the silicon solar cell substrate.
  • a layer stack has proven to have a silicon nitride layer with a thickness of less than 200 nm.
  • the silicon nitride layer can be applied, for example, by means of chemical vapor deposition.
  • plasma driven Abschei ⁇ devon (PECVD) or Nieder Kunststoffabscheidebacter (LPCVD) may in particular be used.
  • Silicon nitride layers with a thickness of less than 200 nm can be applied inexpensively.
  • silicon nitride layers can be densified by heating and holding to temperatures of at least 700 ° C for a period of at least 5 minutes.
  • silicon nitride layers and layers of silicon oxide silicon carbide, aluminum oxide ⁇ , titanium or tantalum nitride can be compacted in this way.
  • a layer stack is applied, which comprises a silicon oxide layer and a silicon nitride layer on ⁇ .
  • the silicon oxide layer is preferably first ⁇ Following applied to the backside of the solar cell substrate and neighboring the silicon nitride layer on the silicon oxide layer.
  • the silicon oxide layer is particularly preferably applied directly to the solar cell substrate and the Silizi ⁇ ⁇ is umnitrid für be introduced directly to the silicon oxide layer. This allows a high degree of dielectric passivation of the rear side of the solar cell substrate, so that can be implemented on the back of the solar cell substrate, a La ⁇ dungschtrekombinations horren very small.
  • the layer stack due to the ver ⁇ compacted silicon enhanced elegantlyfä- ability to fire past glass contents containing pastes.
  • the layer stack during the period of at least 5 minutes tempera ⁇ ren of at least 700 ° C.
  • the densification of at least one dielectric layer can be integrated into the solar cell production process at low cost, since the at least one dielectric layer can be compacted during the diffusion step which is required without ⁇ .
  • the diffusion step to ei ⁇ nen emitter diffusion step can basically be designed in per ⁇ known per se. For example, it can be an emitter diffusion from the gas phase, for example a POCl 3 diffusion, or a diffusion of dopant from precursor layers (so-called precursor layers ) .
  • the diffusion step can be configured as an n- or p-diffusion step.
  • the diffusion step of the layer stack can be ver ⁇ applies as Dif ⁇ fusion mask for the back of the solar cell substrate.
  • one ⁇ sided emitter diffusion can be realized cost-effectively. This has an advantageous effect, in particular in the gas phase diffusions frequently used, for example the POCl 3 diffusion mentioned. Because of the one-sided emitter diffusion required for full-surface emitter edge insulation eliminates edge insulation, whereby the manufacturing cost is reduced.
  • local openings are formed in the layer stack. This may for example by means Laserstrahlver ⁇ evaporation. Alternatively, a suitable etching paste may be applied locally to the layer stack and locally opened by etching.
  • the local openings are formed by means of laser beam evaporation, then it has proven useful to form the local openings as local line openings. This is advantageous over a large number of local, punctiform openings. This is due to the fact that when the laser beam deposition ⁇ the surface of the solar cell substrate will be ⁇ damaged. The damage is more serious in the edge region of the laser beam. As a result, results in a plurality, as punctiform openings unfavorable ratio problematic edge areas to good Mittelberei ⁇ chen than with linear openings. In addition, a metallization introduced into the line-shaped openings contributes to increasing the rear-side transverse conductivity, which has an advantageous effect on filling factors of the manufactured solar cells.
  • the openings can be over-etched, for example with an alkaline etching solution or a hydrofluoric acid-containing etching solution.
  • the local openings are formed by means of locally applied etching paste, it is advantageous to form the openings as if they were punctiform openings.
  • the local openings can be formed by a metal-containing paste with a very high glass content is applied locally on the layer stack and istgefeu ⁇ ed it. Since the layer stack has at least one compacted ⁇ lectric layer, the high glass content and a ne adjustment of the firing process required.
  • the local openings are already filled with metal-containing paste.
  • the layer stack can be surface printed with an ordinary metallhalti ⁇ gen paste. Since this has a lower glass content, a firing of the surface-applied paste through the layer stack is prevented by the at least one densified dielectric layer.
  • a me ⁇ tall restrooms medium is applied to the layer stack over a large area and thereby introduced a portion of the metal ⁇ containing medium in the local openings.
  • This can be done, for example, by means of printing processes known per se, for example a screen printing process.
  • a large-area application is when the back surface of the solar cell substrate is at least 80% covered by the metallhal ⁇ term medium.
  • the solar cell substrate is fired. During firing, a firing of portions of the metal-containing medium on the layer stack through the layer stack is avoided. The fire parameters such as temperature and time are to be selected accordingly.
  • metal-containing pastes or printing pastes used can be found, or a metal-containing fluid.
  • metal-containing pastes or printing pastes can be found, or a metal-containing fluid.
  • aluminum-containing pastes or fluids are used, since in this way in areas of lo ⁇ cal openings, a local back field can be formed. This is often referred to as a local back surface field and reduces the charge carrier recombination in the areas of the local openings or contacts. In large-surface formed back contacts often occurs a bending of the solar cell substrate. This is avoided in the described embodiment variant or the Bending at least reduced, since only in the local openings contacts are formed and thus only there comes the metal ⁇ containing medium in direct contact with the solar cell substrate .
  • the back side of the solar cell substrate is etched by means of a smooth etch solution or a polish etch solution prior to applying the layer stack.
  • a smooth surface of the back of the solar cell substrate can be provided, which has an advantageous effect on the reflection behavior of the back side of the solar cell substrate.
  • a Glatthotelling is understood to mean an etching solution, by means of which the surface of the solar cell substrate can be etched such that incident light having a wavelength between 400 nm and 1000 nm to Minim ⁇ least 15% and less than 25% is reflected.
  • a polish etching solution is to be understood as meaning an etching solution by means of which the surface of the solar cell substrate can be etched such that incident light having a wavelength between 400 nm and 1000 nm is reflected to at least 25%.
  • the front side of the solar cell substrate is textured.
  • This can be done by means of an etching medium.
  • This is particularly preferably done by means of a texture etching solution.
  • the texturing incident light is increasingly coupled obliquely into the solar cell substrate, so that an increased proportion of light on the back of the solar cell Sub ⁇ strats can be totally reflected. As a result, the efficiency of the manufactured solar cell can be improved.
  • the front side of the Solarzellensub ⁇ strats is textured after the application of the layer stack.
  • the layer stack becomes as etch mask during texturing used for the back of the solar cell substrate.
  • a one-sided texturing of the solar cell substrate can be realized cost-effectively.
  • a hydrogen-containing is Silizi ⁇ umnitrid für on the front side of the solar cell substrate is deposited.
  • the hydrogen-containing silicon nitride layer is so after compacting at least one dielectric layer on the front side of the solar cell substrate relax ⁇ eliminated. This can be done, for example, by means of chemical vapor deposition methods known per se.
  • a defect passivation in the volume of the solar cell substrate can take place, whereby the efficiency of fabricated solar cells can be improved.
  • a passivation by a hydrogen-containing silicon nitride can in principle also another type of hydrogen passivation advertising elected to, for example, by means of a De Stammpassivitation What ⁇ serstoffplasmas.
  • the solar cell according to the invention has a layer stack of dielectric layers arranged on the rear side of the solar cell. At least one dielectric layer of this layer stack is compacted.
  • a compacted dielectric layer is to be understood as meaning a dielectric layer whose resistance to fire-through of pastes with glass components is enhanced compared to their resistance at a time immediately after their deposition.
  • a densified layer is obtainable by heating the layer stack and maintaining the layer stack at temperatures of at least 700 ° C for a period of at least 5 minutes.
  • the thickness is between 50 nm and 200 nm, particular ⁇ DERS preferably between 70 nm and 150 nm.
  • Silicon oxide layers and silicon nitride layers in the thicknesses mentioned can be deposited inexpensively by means of processes known per se, for example chemical vapor deposition methods.
  • the silicon oxide film may be formed by thermal oxidation of the solar cell substrate ⁇ the.
  • the layer stack has a silicon oxide layer and a silicon nitride layer.
  • the Si ⁇ liziumnitrid für is preferably arranged on the silicon oxide layer.
  • the silicon oxide layer is disposed directly on the solar cell substrate and the Silizi ⁇ umnitrid für is disposed directly on the silicon oxide layer.
  • a planar back contact is arranged on the layer stack, which extends locally through the layer stack and the back of a solar cell substrate contacted.
  • a plurality of local openings may be provided in the layer stack, through which the surface back contact extends through the layer stack.
  • the back contact of a metal-containing Pas ⁇ te is formed, advantageously made of an aluminum-containing paste.
  • This may for example be a screen printing ⁇ contact, which is preferably made in one piece, that is applied in a single screen printing operation wur- de.
  • the back contact has glass components.
  • These may be, for example, glass frits customary in screen-printing pastes. These glass parts allow a reliable adhesion of the back contact on the layer stack.
  • Figure 2 Schematic representation of a secondbutsbei game of the inventive method
  • Figure 3 schematic representation of a thirdheldsbei game of the method according to the invention
  • FIG. 4 Schematic representation of a solar cell according to the invention
  • FIG. 5 Rear view of the solar cell from FIG. 4 in a schematic representation Figure 1 illustrates a first embodiment of the inventions ⁇ inventive method.
  • the Solarzellensub ⁇ strat initially by means of a textured Texturiserates 10.
  • the back of the solar cell substrate is etched in a Polituriserates 12 and in known manner cleaned 12.
  • a silicon oxide film is applied to the back of the solar cell substrate 14. This can be for example, by a chemical deposition from the vapor phase done.
  • a silicon solar cell substrate is used and the silicon oxide layer thermally grown on ⁇ or deposited in the plasma.
  • a silicon nitride layer is deposited on the silicon oxide layer 16.
  • the silicon oxide layer forms on ⁇ together with the silicon nitride layer a layer stack, causing a dielectric mirror coating the back of the Solarzel ⁇ lensubstrats. Together with the texturing present on the front side of the solar cell substrate, this layer stack, as described above, causes an effective reflection of irradiated light at the rear side of the solar cell sub ⁇ strate.
  • the solar cell substrates are cleaned 18 in a conventional manner, for example in
  • an emitter diffusion 20 takes place in which the layer stack formed from the silicon oxide layer and the silicon nitride layer is heated and kept at temperatures of at least 700 ° C. for a period of at least 5 minutes, so that the silicon nitride layer is compacted 20.
  • the emitter diffusion 20 can be implemented as phosphorus diffusion if the solar cell substrate used has a p-volume doping. In this as in all other However, guidance examples can also be used n-doped solar cell substrates. The emitter diffusion would then be carried out as p-emitter diffusion, for example as boron diffusion.
  • a phosphorus emitter diffusion in a p-doped silicon solar cell substrate is assumed.
  • This phosphorus diffusion for example, be designed as P0Cl3 diffusion of ⁇ .
  • the embodiment of Figure 1 is also suitable for precursor diffusion and compatible both with continuous diffusion method as well as carried out in batch diffusions.
  • the emitter diffusion layer 20 of the stack of silicon oxide and silicon nitride layer serves as a diffusion ⁇ mask for the back of the solar cell substrate. While the emitter diffusion 20 is consequently Sun ⁇ larzellensubstrats diffused on the back of no dopant. This ent ⁇ falls the requirement of edge isolation.
  • a La ⁇ serdiffusion 32 can optionally be on the front of the solar cell substrate.
  • a laser beam is guided over the contact structure of the front side.
  • the contact structure is formed from those areas in which the front side contacts are arranged at a later time.
  • an enhanced inward diffusion of dopant from a surface on the upper side during the emitter diffusion 20 of the silicon solar cell substrate used wasbil ⁇ Deten silicate glass done in these areas. If the emitter diffusion 20 was carried out as a phosphorous diffusion, then it is, for example, a phosphosilicate glass, from which additional dopant lo ⁇ kal is introduced into the front side of the silicon solar cell substrate. is diffused.
  • the laser diffusion 32 on the front side thus allows the formation of a selective emitter structure.
  • local openings has already been set forth in the layer stack formed 22 above, this can be done at ⁇ play, by means of laser beam evaporation or using a locally applied etching paste.
  • the silicate glass formed during the emitter diffusion 20 is etched 24 and thus removed. In case of Phos ⁇ phor emitter diffusion is this is a phosphorus silicate glass.
  • a hydrogen-containing silicon nitride layer is deposited on the front side of the solar cell substrate 26. This allows, as already explained above, a Pas ⁇ sivtechnik of defect states in the volume of the solar cell substrate.
  • the front and rear sides of the solar cell substrate are metallized. Preferably, this is done by means of a screen printing method. In principle, however, other methods, in particular other printing methods, can be used.
  • a metal-containing paste is preferably applied over a large area to the back of the So ⁇ larzellensubstrats and introduced a portion of the metal-containing paste in the local openings.
  • the metal-containing pastes applied in the metallization 28 contain glass components.
  • the metal-containing paste disposed on the front side is hin micgefeu ert ⁇ by the silicon nitride sintered into the front side and the solar cell substrate, so that a ohmic front side contact is formed.
  • the glass-containing components and applied to the back metal-containing paste is fired not pass during the Koeriens 30 through the Wegseiti ⁇ ge silicon nitride since this was compacted 20 and thus is more resistant to a through firing. Due to the glass content, the fired paste will instead reliably adhere to the layer stack. Only in areas of the local openings into which the locally-containing paste has been introduced does the metal-containing paste sinter into the rear side of the solar cell substrate and form ohmic contacts.
  • an aluminum-containing paste is used as metal-containing paste for the rear ⁇ side, so that during the Kofeuerns 30 a local back field is formed in areas of the local openings.
  • the embodiment of Figure 1 thus provides an expense ⁇ effective process for the production of solar cells with a dielectric rear-side as well as local remindsei- represents Tenfeld.
  • the embodiment of Figure 1 has proven to ⁇ particular in the manufacture of solar cells made of multi- or mono-crystalline silicon wafers.
  • a silicon solar cell substrate is used. Initially, this is etched in a smooth etch solution 40, thereby removing any sawing damage present on the solar cell substrates. As a result, smooth on the front as on the back side etched ⁇ solar cell substrate then is available.
  • a silicon oxide film is directly applied to the backside of the solar cell ⁇ substrate 14 as in the embodiment of Figure 1 and a silicon nitride layer deposited on the silicon oxide film sixteenth This is followed by texturing 42 by means of a texture etching solution.
  • the layer stack of the silicon oxide layer and the silicon nitride layer formed on the back side of the solar cell substrate serves as an etching mask, so that only the front side of the solar cell substrate is textured 42.
  • FIG. 2 has proved to be useful as a solar cell substrate for solar cell production, in particular when using monocrystalline silicon wafers.
  • the solar cell substrate which is embodied here as a silicon solar cell substrate, is thermally oxidized 52.
  • the entire surface of the solar cell substrate is thus covered by a silicon oxide layer.
  • a silicon nitride layer is applied to the rear side and thus to the silicon oxide layer present there.
  • local openings are formed in the layer of silicon nitride layer and silicon oxide layer.
  • local contact openings in the silicon oxide layer on the front side of the solar cell substrate are asbil ⁇ det 56. In the areas of these contact openings, the metallic front contacts are subsequently formed.
  • the local contact openings can be formed for example by means of laser beam evaporation. Alternatively it is possible locally Anlagen etching paste or another etching medium ⁇ bring. If the local contact openings of the front side and / or the local openings in the layer stack are formed by laser beam evaporation, then it may be advantageous to remove the resulting laser damage by etching, as provided by the optional method step 59. In this case, an alkaline etching solution, for example a KOH solution, can be used.
  • a dopant diffusion 60 takes place in which the solar cell substrates are heated and maintained at temperatures of at least 700 ° C. for a period of at least 5 minutes, so that the silicon nitride layer is compacted.
  • this dopant diffusion 60 may be a p or act n-diffusion. It can also be designed as continuous diffusion or as diffusion in batch mode.
  • the layer stack of silicon nitride layer and silicon oxide layer on the backside of the solar cell substrate serves in turn as diffusion masking.
  • the dopant can penetrate through the Loka ⁇ len contact openings unimpeded into the solar cell substrate and there be ⁇ act local doping front.
  • solar cell substrates which already have a surface emitter diffusion on the front side, a selective emitter with heavily doped regions in the regions of the local contact openings can be realized in a comfortable manner by means of the dopant diffusion 60.
  • the silicon oxide layer is very thin and to be used as diffusion-inhibiting layer so that arrive during the dopant diffusion 60 in redu ⁇ ed peripheral dopant through the front silicon ⁇ oxide layer in the solar cell substrate, and there can be formed a weak emitter doping.
  • the dopant in the regions of the local contact openings, can penetrate unhindered into the solar cell substrate and forms there strong doping.
  • ei ⁇ ne selective emitter structure that can be realized with a single Do- animal material diffusion 60 gives way.
  • FIG. 4 illustrates a sectional view showing schematically an embodiment of a solar cell 70 according to the invention, which has a solar cell substrate 72, which is provided with a front side For ⁇ tig texturing 73rd On a rear side of the solar cell 70, a silicon oxide layer 74 is vorgese ⁇ hen, which arranged directly on the solar cell substrate 72 is. On the silicon oxide layer 74, a condense ⁇ te silicon nitride layer 76 is arranged directly.
  • FIG 5 schematically shows a rear view of the solar cell of FIG 4.
  • the large-area back contact 80 Darge ⁇ represents.
  • the local openings 78 are designed as linear openings, so that in the openings 78 there are metallization lines 86 which extend perpendicular to the manifold 88.
  • the large-area back contact 80 is formed from a metal-containing paste and has glass frit on. Because of this glass frit portion, the planar back contact 80 reliably adheres to the silicon nitride layer 76.
  • the collecting line may be interrupted in places, resulting in individual collecting sections which serve as a soldering contact.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (70), bei welchem auf eine Rückseite eines Solarzellensubstrats (72) ein Schichtstapel (74, 76) dielektrischer Schichten (74, 76) aufgebracht wird (14, 16; 54, 56), der Schichtstapel (74, 75) erhitzt und während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700°C gehalten wird (20) sowie Solarzelle (70).

Description

Solarzelle mit dielektrischer Rückseitenverspiegelung und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer dielektri¬ schen Rückseitenverspiegelung gemäß dem Oberbegriff des An- spruchs 9 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auf dem Gebiet der Photovoltaik ist man bestrebt, den Aufwand für die Stromerzeugung zu reduzieren. Dies kann zum einen durch eine Erhöhung des Wirkungsgrads gefertigter Solarzellen erreicht werden, zum anderen durch eine Reduktion des für die Herstellung von Solarzellen erforderlichen Aufwands. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades setzt voraus, dass ein größerer Anteil eingestrahlter Lichtquanten Elektron-Loch-Paare erzeugt und/oder ein größerer Anteil erzeugter Elektron-Loch-Paare vor deren Rekombination abgeführt wird. Die sogenannte Quantenaus¬ beute oder Quanteneffizienz ist demzufolge zu verbessern.
Insbesondere im roten Spektralbereich besteht aufgrund ver- gleichsweise großer Absorptionslängen der langwelligen, roten Lichtanteile Verbesserungspotential. Da in der industriellen Solarzellenfertigung immer dünnere Solarzellensubstrate, bei¬ spielsweise Siliziumscheiben, verwendet werden, gewinnt der rote Spektralbereich zusätzlich an Bedeutung. Zur Verbesserung der Quantenausbeute wird daher auf der Rückseite des Solarzel¬ lensubstrats, also auf einer dem einfallenden Licht abgewand¬ ten Seite des Solarzellensubstrats, eine Metallschicht als op¬ tischer Spiegel aufgebracht. Infolgedessen wird auf einer Vorderseite des Solarzellensubstrats einfallendes, langwelliges Licht an der Rückseite des Solarzellensubstrats reflektiert. Hierdurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für eine Absorp¬ tion im Volumen des Solarzellensubstrats und damit die Wahr- scheinlichkeit für die Generation eines Elektron-Loch-Paares. Ohne optischen Spiegel an der Rückseite das Solarzellensub¬ strat würde hingegen ein größerer Lichtanteil das Solarzellensubstrat durchlaufen ohne absorbiert zu werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige metallische optische Spiegel mit einer hohen Ladungsträgerrekombinationsrate an der Grenz¬ fläche des Metalls zu dem Solarzellensubstrats einhergehen. Dies lässt sich umgehen, indem statt metallischer Rückseitenspiegel eine dielektrische Verspiegelung der Rückseite des So- larzellensubstrats vorgesehen wird. Hierzu werden eine oder mehrere dielektrische Schichten auf die Rückseite des Solar¬ zellensubstrats aufgebracht. Diese werden derart ausgebildet, dass auf die dielektrischen Schichten treffende Lichtquanten durch den Effekt der Totalreflexion reflektiert werden. Dieser Effekt ersetzt die im Falle der metallischen Rückseitenspiegel vorliegende Reflexion der Lichtquanten am optisch dichteren Medium.
Mit derartigen dielektrischen Rückseitenspiegeln kann die Re- kombinationsgeschwindigkeit der Ladungsträger an der Rückseite deutlich verringert werden. Es können Rekombinationsgeschwindigkeiten von weniger als 500 cm/ s erreicht werden. Ein bislang üblicher, ganzflächiger Aluminiumrückkontakt mit ausge¬ bildetem Rückseitenfeld (häufig als back surface field be- zeichnet) erreicht hingegen nur Rekombinationsgeschwindigkei¬ ten in der Größenordnung von 1000 cm/ s . Ein ohmscher und als Rückseitenspiegel verwendeter metallischer Rückseitenkontakt ohne Rückseitenfeld weist sogar Rekombinationsgeschwindigkei¬ ten über 106 cm/ s auf.
Zur Abfuhr des generierten elektrischen Stromes ist eine elektrische Kontaktierung der Rückseite des Solarzellensub¬ strats erforderlich ist. Mittels dielektrischer Schichten ist dies jedoch nicht realisierbar. Es müssen daher zusätzlich zu der dielektrischen Ruckseitenverspiegelung metallische Kontakte vorgesehen werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die dielektrischen Schichten lokal geöffnet und in den erzeugten Öffnungen Metallkontakte ausgebildet werden. Beispielswei- se können die dielektrischen Schichten mittels Laserstrahlverdampfung lokal geöffnet werden und Metallkontakte aufgedampft werden. Diese Art der Ausbildung der Rückkontakte ist jedoch aufwändig verglichen mit den bei der industriellen Solarzellenfertigung üblicherweise eingesetzten Druckverfahren, wie beispielsweise Siebdruck- oder Spritzendruckverfahren. Doch können die bei der industriellen Fertigung verwendeten Druckverfahren nicht ohne weiteres in Verbindung mit dielektrischen Schichten zur Rückseitenkontaktierung von Solarzellensubstraten verwendet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die bei diesen Druckverfahren verwendeten Pasten Glasanteile, sogenannte Glasfritte, enthalten. Diese bewirken, dass die Pas¬ ten bei einem für die Kontaktausbildung erforderlichen Feuer- prozess durch die dielektrischen Schichten hindurch feuern und sie damit zerstören. Die Verwendung von Pasten, welche keine Glasanteile enthalten, hat sich ebenfalls als problematisch erwiesen, da mit solchen Pasten erzeugte Kontakte nur unzurei¬ chend auf dem Solarzellensubstrat haften.
Um ein Durchfeuern von glasfrittehaltigen Pasten durch die dielektrischen Schichten zu verhindern, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die dielektrischen Schichten derart dick aus¬ zuführen, dass dies vermieden wird. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Fertigungsmehraufwand verbunden. Die durch die Verwendung einer dielektrischen Rückseitenver- spiegelung erzielte Wirkungsgradverbesserung wird somit derzeit durch den mit der dielektrischen RückseitenverSpiegelung einhergehenden Fertigungsmehraufwand überkompensiert. Vor dem geschilderten Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches eine aufwandsgünstige dielektrische Verspie- gelung und Kontaktierung einer Solarzellenrückseite ermög- licht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine aufwandsgünstig herstellbare Solarzelle mit dielektrisch verspiegelter Rückseite zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Solarzelle mit den Merk- malen des Anspruchs 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängi¬ ger Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass auf eine Rück¬ seite eines Solarzellensubstrats ein SchichtStapel dielektri¬ scher Schichten aufgebracht wird. Dieser SchichtStapel wird erhitzt und während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von mindest 700 °C gehalten. Durch ein Verfah- ren, welches diese Merkmale aufweist, wird die erstgenannte Aufgabe bereits gelöst.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch das be¬ schriebene Erhitzen und Halten des SchichtStapels auf Tempera- turen von mindestens 700°C die Widerstandsfähigkeit einer oder mehrerer dielektrische Schichten des SchichtStapels gegen ein Durchfeuern von Glasanteile enthaltenden Pasten verstärkt werden kann. Eine solche Verstärkung der Widerstandsfähigkeit wird vorliegend kurz als Verdichten bezeichnet. Bislang ist nicht geklärt, welche Vorgänge in einer oder mehreren die¬ lektrischen Schichten während des Erhitzens und Haltens auf Temperaturen von mindestens 700 °C ablaufen und zu einem Verdichten einer oder mehrerer dielektrischer Schichten führen.
Vorzugsweise wird der SchichtStapel während eines Zeitraums von wenigstens 10 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700°C gehalten. Der Zeitraum, während welchem der SchichtStapel auf Temperatu¬ ren von mindestens 700°C gehalten wird, kann grundsätzlich von Phasen unterbrochen sein, in welchen der SchichtStapel Temperaturen von weniger als 700°C aufweist. Es können also mehrere Zeitabschnitte vorgesehen werden, in welchen der SchichtStapel auf Temperaturen von mindestens 700 °C gehalten wird. Kumuliert erstrecken sich diese Zeitabschnitte über wenigstens 5 Minu¬ ten, vorzugsweise über wenigstens 10 Minuten.
Als Solarzellensubstrat wird bevorzugt ein Siliziumsolarzel- lensubstrat verwendet.
Vorteilhafterweise wird ein SchichtStapel aufgebracht, welcher eine Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von weniger als
100 nm aufweist. Insbesondere bei einer Verwendung von Silizi- umsolarzellensubstraten ermöglicht dies eine gute Passivierung oberflächlicher Defekt zustände . Die Dicke der Siliziumoxid¬ schicht beträgt vorzugsweise zwischen 5 nm und 100 nm, beson¬ ders bevorzugt zwischen 10 nm und 100 nm. Die besagte Silizi¬ umoxidschicht kann grundsätzlich auf jede an sich bekannte Art aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Siliziumoxid¬ schicht durch chemische Abscheidung aus einer Dampfphase auf¬ gebracht werden. Wird ein Siliziumsolarzellensubstrat verwen¬ det, kann die Siliziumoxidschicht durch thermische Oxidation des Siliziumsolarzellensubstrats ausgebildet werden. In der Praxis bewährt hat sich ein SchichtStapel , welcher eine Siliziumnitridschicht mit einer Dicke von weniger als 200 nm aufweist. Die Siliziumnitridschicht kann beispielsweise mit- tels chemischer Abscheidung aus der Dampfphase aufgebracht werden. Hierbei können insbesondere plasmagetriebene Abschei¬ deverfahren (PECVD) oder Niederdruckabscheideverfahren (LPCVD) Verwendung finden. Siliziumnitridschichten mit einer Dicke von weniger als 200 nm können aufwandsgünstig aufgebracht werden. Vorzugsweise beträgt die Dicke der Siliziumnitridschicht zwi¬ schen 50 nm und 200 nm, besonders bevorzugt zwischen 70 nm und 150 nm.
Es hat sich gezeigt, dass Siliziumnitridschichten durch Erhit- zen und Halten auf Temperaturen von mindestens 700 °C während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten verdichtet werden können. Neben Siliziumnitridschichten können auf diese Weise auch Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumcarbid, Aluminium¬ oxid, Titanoxid oder Tantalnitrid verdichtet werden.
Vorteilhafterweise wird ein SchichtStapel aufgebracht, welcher eine Siliziumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht auf¬ weist. Dabei wird vorzugsweise zunächst die Siliziumoxid¬ schicht auf die Rückseite des Solarzellensubstrats und nach- folgend die Siliziumnitridschicht auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht. Besonders bevorzugt wird die Siliziumoxidschicht direkt auf das Solarzellensubstrat aufgebracht und die Silizi¬ umnitridschicht wird direkt auf die Siliziumoxidschicht aufge¬ bracht. Dies ermöglicht eine weitgehende dielektrische Passi- vierung der Rückseite des Solarzellensubstrats, sodass an der Rückseite des Solarzellensubstrats eine sehr kleine La¬ dungsträgerrekombinationsgeschwindigkeiten realisiert werden können. Gleichzeitig weist der SchichtStapel aufgrund der ver¬ dichteten Siliziumnitridschicht eine verstärkte Widerstandsfä- higkeit gegen ein Durchfeuern von Glasanteile enthaltenden Pasten auf.
Vorteilhafterweise wird nach dem Aufbringen des SchichtStapels auf die Rückseite des Solarzellensubstrats in einem Diffusi¬ onsschritt Dotierstoff in das Solarzellensubstrat eindiffun¬ diert und während dieses Diffusionsschritts der SchichtStapel während des Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperatu¬ ren von mindestens 700°C gehalten. Auf diese Weise kann das Verdichten zumindest einer dielektrischen Schicht aufwandsgünstig in den Solarzellenfertigungsprozess integriert werden, da die zumindest eine dielektrische Schicht während des ohne¬ hin erforderlichen Diffusionsschrittes verdichtet werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Diffusionsschritt um ei¬ nen Emitterdiffusionsschritt. Dieser kann grundsätzlich in je¬ der an sich bekannten Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um eine Emitterdiffusion aus der Gasphase, zum Beispiel eine POCl3-Diffusion, oder um eine Eindiffusion von Dotierstoff aus Vorgängerschichten (sogenannten Precursor-
Diffusionen) handeln. Je nach verwendetem Solarzellensubstrat kann der Diffusionsschritt als n- oder p-Diffusionsschritt ausgestaltet werden. Während des Diffusionsschritts kann der SchichtStapel als Dif¬ fusionsmaske für die Rückseite des Solarzellensubstrats ver¬ wendet werden. Auf diese Weise kann aufwandsgünstig eine ein¬ seitige Emitterdiffusion realisiert werden. Dies wirkt sich insbesondere bei den häufig eingesetzten Gasphasendiffusionen, beispielsweise der genannten POCl3-Diffusion, vorteilhaft aus. Denn infolge der einseitigen Emitterdiffusion kann eine bei ganzflächigen Emitterdiffusionen erforderliche Kantenisolation entfallen, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert wird. Zweckmäßigerweise werden in dem SchichtStapel lokale Öffnungen ausgebildet. Dies kann beispielsweise mittels Laserstrahlver¬ dampfung erfolgen. Alternativ kann eine geeignete Ätzpaste lokal auf den SchichtStapel aufgebracht und dieser durch Ätzen lokal geöffnet werden.
Werden die lokalen Öffnungen mittels Laserstrahlverdampfung ausgebildet, so hat es sich bewährt, die lokalen Öffnungen als lokale Linienöffnungen auszubilden. Gegenüber einer Vielzahl lokaler, gleichsam punktförmiger Öffnungen ist dies von Vorteil. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem Laser¬ strahlverdampfen die Oberfläche des Solarzellensubstrats be¬ schädigt wird. Die Schädigungen sind im Randbereich des Laserstrahls schwerwiegender. Infolgedessen ergibt sich bei einer Vielzahl, gleichsam punktförmiger Öffnungen ein ungünstigeres Verhältnis problematischer Randbereiche zu guten Mittelberei¬ chen als bei linienförmigen Öffnungen. Zudem trägt eine in die linienförmigen Öffnungen eingebrachte Metallisierung zur Erhöhung der rückseitigen Querleitfähigkeit bei, was sich vorteil- haft auf Füllfaktoren der gefertigten Solarzellen auswirkt. Optional können zur Reduktion der durch das Laserstrahlverdampfen erzeugten Schädigungen die Öffnungen überätzt werden, beispielsweise mit einer alkalischen Ätzlösung oder einer Flusssäure enthaltenden Ätzlösung.
Werden die lokalen Öffnungen mittels lokal aufgebrachter Ätzpaste ausgebildet, ist es hingegen von Vorteil, die Öffnungen als gleichsam punktförmige Öffnungen auszubilden. Alternativ können die lokalen Öffnungen ausgebildet werden, indem eine metallhaltige Paste mit sehr hohem Glasanteil lokal auf den SchichtStapel aufgebracht und durch diesen durchgefeu¬ ert wird. Da der SchichtStapel zumindest eine verdichtete die¬ lektrische Schicht aufweist, ist der hohe Glasanteil sowie ei- ne Anpassung des Durchfeuerprozesses erforderlich. Bei dieser Ausgestaltungsvariante sind die lokalen Öffnungen bereits mit metallhaltiger Paste gefüllt. Zur elektrisch leitenden Verbindung der in den lokalen Öffnungen angeordneten Kontakte kann der SchichtStapel flächig mit einer gewöhnlichen metallhalti¬ gen Paste bedruckt werden. Da diese einen geringeren Glasanteil aufweist, wird ein Durchfeuern der flächig aufgebrachten Paste durch den SchichtStapel hindurch von der zumindest einen verdichteten dielektrische Schicht verhindert.
Vorzugsweise wird auf den SchichtStapel großflächig ein me¬ tallhaltiges Medium aufgebracht und dabei ein Teil des metall¬ haltigen Mediums in die lokalen Öffnungen eingebracht. Dies kann beispielsweise mittels an sich bekannten Druckverfahren, beispielsweise einem Siebdruckverfahren, erfolgen. Ein großflächiges Aufbringen liegt vor, wenn die rückseitige Fläche des Solarzellensubstrats zu mindestens 80% von dem metallhal¬ tigen Medium bedeckt ist. Zum Zwecke der Ausbildung ohmscher Kontakte in den lokalen Öffnungen wird das Solarzellensubstrat gefeuert. Während des Feuerns wird ein Durchfeuern von auf dem SchichtStapel befindlichen Anteilen des metallhaltigen Mediums durch den SchichtStapel hindurch vermieden. Die Feuerparameter wie Temperatur und Zeit sind entsprechend zu wählen. Als me¬ tallhaltiges Medium können beispielsweise metallhaltige Pasten beziehungsweise Druckpasten Verwendung finden oder ein metallhaltiges Fluid. Vorzugsweise werden aluminiumhaltige Pasten oder Fluide verwendet, da auf diese Weise in Bereichen der lo¬ kalen Öffnungen ein lokales Rückseitenfeld ausgebildet werden kann. Dieses wird häufig als lokales back surface field be- zeichnet und reduziert die Ladungsträgerrekombination in den Bereichen der lokalen Öffnungen beziehungsweise Kontakte. Bei großflächig ausgebildeten rückseitigen Kontakten tritt häufig eine Verbiegung des Solarzellensubstrats auf. Dies wird bei der beschriebenen Ausgestaltungsvariante vermieden oder die Verbiegung zumindest verringert, da nur in den lokalen Öffnungen Kontakte ausgebildet werden und somit nur dort das metall¬ haltige Medium mit dem Solarzellensubstrat in direkten Kontakt kommt .
Vorteilhafterweise wird die Rückseite des Solarzellensubstrats vor dem Aufbringen des SchichtStapels mittels einer Glattätzlösung oder einer Politurätzlösung geätzt. Auf diese Weise kann eine glatte Oberfläche der Rückseite des Solar zellensub- strats bereitgestellt werden, welches sich vorteilhaft auf das Reflexionsverhalten der Rückseite des Solarzellensubstrats auswirkt. Unter einer Glattätzlösung ist dabei eine Ätzlösung zu verstehen, mittels welcher die Oberfläche des Solarzellensubstrats derart geätzt werden kann, dass einfallendes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 1000 nm zu mindes¬ tens 15% und zu weniger als 25% reflektiert wird. Unter einer Politurätzlösung ist eine Ätzlösung zu verstehen, mittels welcher die Oberfläche des Solarzellensubstrats derart geätzt werden kann, dass einfallendes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 1000 nm zu mindestens 25% reflektiert wird .
Vorzugsweise wird die Vorderseite des Solarzellensubstrats texturiert. Dies kann mittels eines Ätzmediums erfolgen. Be- sonders bevorzugt erfolgt dies mittels einer Texturätzlösung. Infolge der Texturierung wird einfallendes Licht vermehrt schräg in das Solarzellensubstrat eingekoppelt, sodass ein vermehrter Lichtanteil an der Rückseite des Solarzellensub¬ strats total reflektiert werden kann. Hierdurch kann der Wir- kungsgrad der gefertigten Solarzelle verbessert werden.
Vorteilhafterweise wird die Vorderseite des Solarzellensub¬ strats nach dem Aufbringen des SchichtStapels texturiert. Der SchichtStapel wird während des Texturierens als Ätzmaskierung für die Rückseite des Solarzellensubstrats verwendet. Auf die¬ se Weise kann aufwandsgünstig eine einseitige Texturierung des Solarzellensubstrats realisiert werden. Nachdem der SchichtStapel während eines Zeitraums von wenigs¬ tens 5 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700 °C gehalten worden ist, wird vorzugsweise eine Wasserstoffhaltige Silizi¬ umnitridschicht auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats abgeschieden. Die Wasserstoffhaltige Siliziumnitridschicht wird also nach dem Verdichten zumindest einer dielektrischen Schicht auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats abge¬ schieden. Dies kann beispielsweise mittels an sich bekannter chemischer Abscheideverfahren aus der Dampfphase erfolgen. Mittels der Wasserstoffhaltigen Siliziumnitridschicht kann ei- ne Defektpassivierung im Volumen des Solarzellensubstrats erfolgen, wodurch der Wirkungsgrad gefertigter Solarzellen verbessert werden kann. Anstelle einer Passivierung mittels einer Wasserstoffhaltigen Siliziumnitridschicht kann grundsätzlich auch eine andere Art der WasserstoffPassivierung gewählt wer- den, beispielsweise eine Defektpassivierung mittels eines Was¬ serstoffplasmas .
Die erfindungsgemäße Solarzelle weist einen auf der Rückseite der Solarzelle angeordneten SchichtStapel aus dielektrischen Schichten auf. Zumindest eine dielektrische Schicht dieses SchichtStapels ist verdichtet.
Unter einer verdichteten dielektrischen Schicht im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine dielektrische Schicht zu ver- stehen, deren Widerstandsfähigkeit gegen ein Durchfeuern von Pasten mit Glasanteilen gegenüber ihrer Widerstandsfähigkeit zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach ihrer Abscheidung verstärkt ist. Eine verdichtete Schicht ist erhältlich durch Erhitzen des SchichtStapels und Halten des SchichtStapels auf Temperaturen von mindestens 700°C während eines Zeitraums von mindestens 5 Minuten .
Bewährt hat sich ein SchichtStapel , welcher eine Siliziumoxid¬ schicht mit einer Dicke von weniger als 100 nm aufweist. Vor¬ zugsweise beträgt deren Dicke zwischen 5 nm und 100 nm, beson¬ ders bevorzugt zwischen 10 nm und 100 nm.
Vorteilhafterweise weist der SchichtStapel eine Siliziumnit¬ ridschicht mit einer Dicke von weniger als 200 nm auf. Vor¬ zugsweise beträgt die Dicke zwischen 50 nm und 200 nm, beson¬ ders bevorzugt zwischen 70 nm und 150 nm.
Siliziumoxidschichten und Siliziumnitridschichten in den genannten Dicken können aufwandsgünstig mittels an sich bekannter Verfahren, beispielsweise chemischer Abscheideverfahren aus der Dampfphase, abgeschieden werden. Im Falle eines Sili- ziumsolarzellensubstrats kann die Siliziumoxidschicht durch thermische Oxidation des Solarzellensubstrats ausgebildet wer¬ den .
Vorteilhafterweise weist der SchichtStapel eine Siliziumoxid- schicht und eine Siliziumnitridschicht auf. Dabei ist die Si¬ liziumnitridschicht vorzugsweise auf der Siliziumoxidschicht angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Siliziumoxidschicht direkt auf dem Solarzellensubstrat angeordnet und die Silizi¬ umnitridschicht ist direkt auf der Siliziumoxidschicht ange- ordnet.
Vorteilhafterweise ist auf dem SchichtStapel ein flächiger Rückkontakt angeordnet, welcher lokal durch den SchichtStapel hindurchreicht und die Rückseite eines Solarzellensubstrats kontaktiert. Zu diesem Zweck können mehrere lokale Öffnungen in dem SchichtStapel vorgesehen sein, durch welche der flächige Rückkontakt durch den SchichtStapel hindurchreicht. Vorzugsweise ist der Rückkontakt aus einer metallhaltigen Pas¬ te gebildet, vorteilhafterweise aus einer aluminiumhaltigen Paste. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Siebdruck¬ kontakt handeln, welcher vorzugsweise einstückig ausgeführt ist, also in einem einzigen Siebdruckvorgang aufgebracht wur- de .
Vorteilhafterweise weist der Rückkontakt Glasanteile auf.
Hierbei kann es sich beispielsweise um in Siebdruckpasten übliche Glasfritten handeln. Diese Glasanteile ermöglichen eine zuverlässige Haftung des Rückkontakts auf dem SchichtStapel .
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläu tert . Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Ele¬ mente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Figur 1 Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbei
spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2 Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 3 Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbei spiels des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 4 Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Solarzel le
Figur 5 Rückansicht der Solarzelle aus Figur 4 in einer schematischen Darstellung Figur 1 illustriert ein erstes Ausführungsbeispiel des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens. Gemäß diesem wird das Solarzellensub¬ strat zunächst mittels einer Texturätzlösung texturiert 10. Im Weiteren wird die Rückseite des Solarzellensubstrats in einer Politurätzlösung geätzt 12 und in an sich bekannter Weise gereinigt 12. Im Weiteren wird eine Siliziumoxidschicht auf die Rückseite des Solarzellensubstrats aufgebracht 14. Dies kann beispielsweise durch eine chemische Abscheidung aus der Dampf- phase erfolgen. Bevorzugt wird jedoch ein Siliziumsolarzellensubstrat verwendet und die Siliziumoxidschicht thermisch auf¬ gewachsen oder im Plasma abgeschieden.
Im Weiteren wird eine Siliziumnitridschicht auf die Silizium- oxidschicht aufgebracht 16. Die Siliziumoxidschicht bildet zu¬ sammen mit der Siliziumnitridschicht einen SchichtStapel , der eine dielektrische Verspiegelung der Rückseite des Solarzel¬ lensubstrats bewirkt. Zusammen mit der auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats vorhandenen Texturierung bewirkt dieser SchichtStapel , wie oben beschrieben, eine effektive Reflexion von eingestrahltem Licht an der Rückseite des Solarzellensub¬ strats .
Im weiteren Verfahrensverlauf werden die Solarzellensubstrate in an sich bekannter Weise gereinigt 18, beispielsweise in
Salzsäure und/oder Flusssäure aufweisenden Reinigungslösungen. Nachfolgend erfolgt eine Emitterdiffusion 20, bei welcher der aus Siliziumoxidschicht und Siliziumnitridschicht gebildete SchichtStapel erhitzt und während eines Zeitraums von wenigs- tens 5 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700°C gehalten wird, sodass die Siliziumnitridschicht verdichtet wird 20. Die Emitterdiffusion 20 kann als Phosphordiffusion ausgeführt sein, sofern das verwendete Solarzellensubstrat eine p- Volumendotierung aufweist. In diesem wie in allen anderen Aus- führungsbeispielen können jedoch auch n-dotierte Solarzellensubstrate Verwendung finden. Die Emitterdiffusion wäre sodann als p-Emitterdiffusion, beispielweise als Bordiffusion, auszuführen .
Im Weiteren wird von einer Phosphor-Emitterdiffusion in einem p-dotierten Siliziumsolarzellensubstrat ausgegangen. Diese Phosphordiffusion kann beispielsweise als P0Cl3-Diffusion aus¬ gestaltet sein. Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist jedoch auch für Precursor-Diffusionen geeignet und sowohl mit Durchlaufdiffusionsverfahren wie auch mit im Stapelbetrieb durchgeführten Diffusionen kompatibel.
Während der Emitterdiffusion 20 dient der Schichtstapel aus Siliziumoxidschicht und Siliziumnitridschicht als Diffusions¬ maske für die Rückseite des Solarzellensubstrats. Während der Emitterdiffusion 20 wird demzufolge auf der Rückseite des So¬ larzellensubstrats kein Dotierstoff eindiffundiert. Damit ent¬ fällt das Erfordernis einer Kantenisolation.
Im Anschluss an die Emitterdiffusion 20 kann optional eine La¬ serdiffusion 32 auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats erfolgen. Hierbei wird ein Laserstrahl über die Kontaktstruktur der Vorderseite geführt. Die Kontaktstruktur wird gebildet aus denjenigen Bereichen, in welchen zu einem späteren Zeitpunkt die Vorderseitenkontakte angeordnet werden. Indem der Laserstrahl über diese Kontaktstruktur geführt wird, erfolgt in diesen Bereichen eine verstärkte Eindiffusion von Dotierstoff aus einem während der Emitterdiffusion 20 auf der Ober- fläche des verwendeten Siliziumsolarzellensubstrats ausgebil¬ deten Silikatglas. Wurde die Emitterdiffusion 20 als Phosphordiffusion ausgeführt, so handelt es sich beispielsweise um ein Phosphorsilikatglas, aus welchem zusätzlicher Dotierstoff lo¬ kal in die Vorderseite des Siliziumsolarzellensubstrats ein- diffundiert wird. Die Laserdiffusion 32 auf der Vorderseite ermöglicht somit die Ausbildung einer selektiven Emitterstruktur . Im Weiteren werden lokale Öffnungen in dem SchichtStapel ausgebildet 22. Wie bereits oben dargelegt wurde, kann dies bei¬ spielsweise mittels Laserstrahlverdampfung oder unter Verwendung einer lokal aufgebrachten Ätzpaste erfolgen. Im Weiteren wird das während der Emitterdiffusion 20 gebildete Silikatglas geätzt 24 und damit entfernt. Im Falle einer Phos¬ phor-Emitterdiffusion handelt es sich hierbei um ein Phosphorsilikatglas . Nachfolgend wird eine Wasserstoffhaltige Siliziumnitridschicht auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats abgeschieden 26. Diese ermöglicht, wie bereits oben dargelegt wurde, eine Pas¬ sivierung von Defekt zuständen in dem Volumen des Solarzellensubstrats .
Im Weiteren werden die Vorder- und Rückseite des Solarzellensubstrats metallisiert 28. Vorzugsweise erfolgt dies mittels Siebdruckverfahren. Grundsätzlich können jedoch auch andere Verfahren, insbesondere andere Druckverfahren, Verwendung fin- den. Bei der Metallisierung der Rückseite wird vorzugsweise großflächig eine metallhaltige Paste auf die Rückseite des So¬ larzellensubstrats aufgebracht und ein Teil der metallhaltigen Paste in die lokalen Öffnungen eingebracht. Die bei dem Metallisieren 28 aufgebrachten metallhaltigen Pasten enthalten Glasanteile. Bei einem nachfolgenden Kofeuern 30 wird die auf der Vorderseite angeordnete metallhaltige Paste durch die Siliziumnitridschicht der Vorderseite hindurchgefeu¬ ert und in das Solarzellensubstrat eingesintert, sodass ein ohmscher Vorderseitenkontakt ausgebildet wird. Die Glasanteile enthaltende und auf der Rückseite aufgebrachte metallhaltige Paste wird während des Kofeuerns 30 nicht durch die rückseiti¬ ge Siliziumnitridschicht hindurchgefeuert, da diese verdichtet wurde 20 und somit widerstandfähiger gegen ein Durchfeuern ist. Aufgrund der Glasanteile haftet die gefeuerte Paste stattdessen zuverlässig auf dem SchichtStapel . Lediglich in Bereichen der lokalen Öffnungen, in welche die lokalhaltige Paste eingebracht wurde, kommt es zu einem Einsintern der me- tallhaltigen Paste in die Rückseite des Solarzellensubstrats und zur Ausbildung ohmscher Kontakte. Vorzugsweise wird eine aluminiumhaltige Paste als metallhaltige Paste für die Rück¬ seite verwendet, sodass während des Kofeuerns 30 ein lokales Rückseitenfeld in Bereichen der lokalen Öffnungen ausgebildet wird.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 stellt somit ein aufwands¬ günstiges Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einer dielektrischen Rückseitenpassivierung sowie lokalen Rücksei- tenfeld dar. Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 hat sich ins¬ besondere bei der Herstellung von Solarzellen aus multi- oder monokristallinen Siliziumscheiben bewährt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird wiederum ein Si- liziumsolarzellensubstrat verwendet. Zu Beginn wird dieses in einer Glattätzlösung geätzt 40 und dabei ein etwaiger auf den Solarzellensubstraten vorhandener Sägeschaden entfernt. Im Ergebnis liegt sodann ein auf der Vorderseite wie auf der Rück¬ seite glatt geätztes Solarzellensubstrat vor.
Im Weiteren wird wie im Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine Siliziumoxidschicht direkt auf die Rückseite des Solarzellen¬ substrats aufgebracht 14 und eine Siliziumnitridschicht auf die Siliziumoxidschicht aufgebracht 16. Hieran schließt sich ein Texturieren 42 mittels einer Texturätzlösung an. Der auf der Rückseite des Solarzellensubstrats ausgebildete SchichtStapel aus der Siliziumoxidschicht und der Siliziumnitridschicht dient dabei als Ätzmaskierung, sodass nur die Vorderseite des Solarzellensubstrats texturiert wird 42.
Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen denjenigen des Ausführungsbeispiels der Figur 1.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird somit der
SchichtStapel aus Siliziumnitridschicht und Siliziumoxid¬ schicht nicht nur als Diffusionsmaskierung während der Emit- terdiffusion 20 verwendet, sondern auch als Ätzmaskierung während des Texturierens 42. Der Aufwand für das Glatt- bezie¬ hungsweise Politurätzen der Rückseite des Solarzellensubstrats kann hierdurch in vorteilhafterweise reduziert werden. Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 hat sich insbesondere bei der Verwendung monokristalliner Siliziumscheiben als Solarzellensubstrate für die Solarzellenherstellung bewährt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird ein Siliziumso¬ larzellensubstrat zunächst mittels einer Texturätzlösung tex- turiert 10. Hieran schließt sich das bereits aus Figur 1 be¬ kannte Ätzen der Rückseite in einer Politurätzlösung und Reinigen 12 an.
Im Weiteren wird das Solarzellensubstrat, welches vorliegend als Siliziumsolarzellensubstrat ausgeführt ist, thermisch oxi- diert 52. Die gesamte Oberfläche des Solarzellensubstrats ist somit von einer Siliziumoxidschicht bedeckt. Im Weiteren wird eine Siliziumnitridschicht auf die Rückseite und damit auf die dort vorhandene Siliziumoxidschicht aufgebracht 54. Im Weiteren werden in der bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Weise lokale Öffnungen in dem Schicht Stapel aus Siliziumnitridschicht und Siliziumoxidschicht ausgebildet.
Weiterhin werden lokale Kontaktöffnungen in der Siliziumoxidschicht auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats ausgebil¬ det 56. In den Bereichen dieser Kontaktöffnungen werden nachfolgend die metallischen Vorderseitenkontakte ausgebildet. Die lokalen Kontaktöffnungen können beispielsweise mittels Laserstrahlverdampfung ausgebildet werden. Alternativ besteht die Möglichkeit lokal Ätzpaste oder ein anderes Ätzmedium aufzu¬ bringen . Werden die lokalen Kontaktöffnungen der Vorderseite und/oder die lokalen Öffnungen in dem SchichtStapel mittels Laserstrahlverdampfung ausgebildet, so kann es von Vorteil sein, den dabei entstandenen Laserschaden durch Ätzen zu entfernen, wie dies der optionale Verfahrensschritt 59 vorsieht. Hierbei kann eine alkalische Ätzlösung, beispielsweise eine KOH- Lösung, Verwendung finden.
Während eines nachfolgenden Reinigens 58 des Solarzellensub¬ strats wird die Siliziumoxidschicht beibehalten. Bei dem Rei- nigen 58 wird daher auf den Einsatz von Flusssäure verzichtet. Die Reinigung 58 erfolgt stattdessen unter Verwendung von Sal z säure .
Im Weiteren erfolgt eine Dotierstoffdiffusion 60, bei welcher die Solarzellensubstrate erhitzt und während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700 °C gehalten werden, sodass die Siliziumnitridschicht verdichtet wird. Bei dieser Dotierstoffdiffusion 60 kann es sich wie im Fall der Emitterdiffusion der Figuren 1 und 2 um eine p- oder n-Diffusion handeln. Sie kann zudem als Durchlaufdiffusion oder als Diffusion im Stapelbetrieb ausgeführt sein. Bei der Diffusion 60 dient der SchichtStapel aus Siliziumnitridschicht und Siliziumoxidschicht auf der Rückseite des Solar zellensub- strats wiederum als Diffusionsmaskierung. Auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats kann der Dotierstoff durch die loka¬ len Kontaktöffnungen ungehindert in das Solarzellensubstrat eindringen und dort eine lokale Dotierung der Vorderseite be¬ wirken. Werden Solarzellensubstrate verwendet, welche auf der Vorderseite bereits eine flächige Emitterdiffusion aufweisen, so kann mittels der Dotierstoffdiffusion 60 komfortabel ein selektiver Emitter mit stark dotierten Bereichen in den Regionen der lokalen Kontaktöffnungen realisiert werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Siliziumoxidschicht sehr dünn auszubilden und als diffusionshemmende Schicht zu verwenden, sodass während der Dotierstoffdiffusion 60 in redu¬ ziertem Umfang Dotierstoff durch die vorderseitige Silizium¬ oxidschicht hindurch in das Solarzellensubstrat gelangen und dort eine schwache Emitterdotierung ausbilden kann. In den Regionen der lokalen Kontaktöffnungen kann der Dotierstoff hingegen ungehindert in das Solarzellensubstrat eindringen und bildet dort starke Dotierungen aus. Am Ende ergibt sich so ei¬ ne selektive Emitterstruktur, welche mit einer einzigen Do- tierstoffdiffusion 60 realisiert werden kann.
Die weiteren Verfahrensschritte entsprechen denen der Figur 1.
Figur 4 illustriert in einer Schnittdarstellung schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle 70, welche ein Solarzellensubstrat 72 aufweist, welches vordersei¬ tig mit einer Texturierung 73 versehen ist. Auf einer Rückseite der Solarzelle 70 ist eine Siliziumoxidschicht 74 vorgese¬ hen, welche direkt auf dem Solarzellensubstrat 72 angeordnet ist. Auf der Siliziumoxidschicht 74 ist direkt eine verdichte¬ te Siliziumnitridschicht 76 angeordnet. Die Siliziumoxid¬ schicht 74 und die Siliziumnitridschicht bilden zusammen einen SchichtStapel , welcher lokale Öffnungen 78 aufweist, durch welche ein großflächiger Rückkontakt 80 hindurchreicht und die Rückseite des Solarzellensubstrats 72 kontaktiert. Auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats 72 ist eine weitere Sili¬ ziumnitridschicht 82 als Antireflexionsbeschichtung vorgese¬ hen. Durch diese Siliziumnitridschicht 82 hindurch reichen Vorderseitenkontakte 84.
Figur 5 zeigt schematisch eine Rückansicht der Solarzelle aus Figur 4. Hierin ist der großflächige Rückkontakt 80 darge¬ stellt. Dieser überdeckt teilweise eine Sammelleitung 88, wel- che üblicherweise Silber aufweist und als Lötkontakt für die Solarzelle 70 dient.
Wie in Figur 5 erkennbar ist, sind die lokalen Öffnungen 78 als linienförmige Öffnungen ausgeführt, sodass in den Öffnun- gen 78 Metallisierungslinien 86 vorliegen, welche sich senkrecht zu der Sammelleitung 88 erstrecken. Der großflächige Rückkontakt 80 ist aus einer metallhaltigen Paste gebildet und weist Glasfritte auf. Aufgrund dieses Glasfritteanteils haftet der flächige Rückkontakt 80 zuverlässig auf der Siliziumnit- ridschicht 76. Die Sammelleitung kann in einer speziellen Ausgestaltungsvariante stellenweise unterbrochen sein, sodass sich einzelne Sammelabschnitte ergeben, welche als Lötkontakt dienen . Bezugs zeichenliste
10 Texturierung mittels Texturätzlösung
12 Ätzen Rückseite in Politurätzlösung und Reinigen
14 Aufbringen Siliziumoxidschicht auf Rückseite
16 Aufbringen Siliziumnitridschicht auf Siliziumoxidschicht
18 Reinigen
20 Emitterdiffusion und Verdichten Siliziumnitridschicht
22 Ausbilden lokale Öffnungen in SchichtStapel
24 Ätzen Silikatglas
26 Abscheiden Wasserstoffhaltige Siliziumnitridschicht auf
Vorderseite
28 Metallisieren Vorder- und Rückseite
30 Kofeuern
32 Laserdiffusion Kontaktstruktur auf Vorderseite
40 Ätzen Sägeschaden in Glattätzlösung
42 Texturieren Vorderseite mittels Texturätzlösung
52 Thermische Oxidation des Solarzellensubstrats
54 Aufbringen Siliziumnitridschicht auf Rückseite
56 Ausbilden lokale Kontaktöffnungen in Siliziumoxidschicht auf der Vorderseite
58 Reinigen unter Beibehaltung Siliziumoxidschicht
59 Laserschaden ätzen
60 Dotierstoffdiffusion und Verdichten Siliziumnitridschicht 70 Solarzelle
72 Solarzellensubstrat
73 Texturierung
74 Siliziumoxidschicht
76 Verdichtete Siliziumnitridschicht
78 Öffnung
80 Rückkontakt
82 Siliziumnitridschicht
84 Vorderseitenkontakt Metallisierungslinie Sammelleitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (70), bei welchem
- auf eine Rückseite eines Solarzellensubstrats (72) ein SchichtStapel (74, 76) dielektrischer Schichten (74, 76) aufgebracht wird (14, 16; 54, 56),
- in dem SchichtStapel (74, 76) lokale Öffnungen (78) aus¬ gebildet werden (22),
- auf den SchichtStapel (74, 76) großflächig ein metall¬ haltiges Medium aufgebracht und dabei das metallhaltige Medium teilweise in die lokalen Öffnungen (78) eingebracht wird (28),
- zum Zwecke der Ausbildung ohmscher Kontakte in den lokalen Öffnungen (78) das Solarzellensubstrat (72) gefeuert wird (30),
- während des Feuerns (30) ein Durchfeuern von auf dem
SchichtStapel (74, 76) befindlichen Anteilen des metall¬ haltigen Mediums durch den SchichtStapel (74, 76) hindurch vermieden wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der SchichtStapel (74, 75) vor dem Aufbringen (28) des metallhaltigen Mediums auf den SchichtStapel (74, 76) erhitzt und während eines Zeitraums von wenigstens 5 Mi¬ nuten auf Temperaturen von mindestens 700 °C gehalten wird (20), und
- die Rückseite des Solarzellensubstrats (72) vor dem Auf¬ bringen (14, 16; 54, 56) des SchichtStapels (74, 76) mittels einer Glattätzlösung oder einer Politurätzlösung geätzt wird (12; 40) .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein SchichtStapel (74, 76) aufgebracht wird (14, 16; 54, 56), welcher eine Siliziumoxidschicht (74) mit einer Dicke von weniger als 100 nm, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm und besonders bevorzugt mit einer Dicke zwischen 10 nm und 100 nm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein SchichtStapel (74, 76) aufgebracht wird (14, 16; 54, 56), welcher eine Siliziumnitridschicht (76) mit einer Dicke von weniger als 200 nm, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 50 nm und 200 nm und besonders bevorzugt mit einer Dicke zwischen 70 nm und 150 nm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangegangene Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass ein SchichtStapel (74, 76) aufgebracht wird, welcher eine Siliziumoxidschicht (74) und eine Siliziumnitrid¬ schicht (76) aufweist, wobei vorzugsweise zunächst die Si¬ liziumoxidschicht (74) auf die Rückseite des Solarzellen¬ substrats (72) und nachfolgend die Siliziumnitridschicht (76) auf die Siliziumoxidschicht (74) aufgebracht wird (14, 16; 54, 56) .
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass nach dem Aufbringen (14, 16; 54, 56) des Schichtsta¬ pels auf die Rückseite des Solarzellensubstrats (72) in ei¬ nem Diffusionsschritt Dotierstoff in das Solarzellensub¬ strat (72) eindiffundiert (20) und während dieses Diffusi¬ onsschritts der SchichtStapel (74, 76) während des Zeit¬ raums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von mindes¬ tens 700°C gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Vorderseite des Solarzellensubstrats (72) mittels eines Ätzmediums texturiert wird (10; 42), vorzugsweise mittels einer Texturätzlösung.
Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Vorderseite des Solarzellensubstrats (72) nach dem Aufbringen (14, 16) des SchichtStapels (74, 76) texturiert wird (42) und der SchichtStapel (74, 76) während des Textu¬ rierens (42) als Ätzmaskierung für die Rückseite des Solarzellensubstrats (72) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass, nachdem der SchichtStapel (74, 76) während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von mindestens 700°C gehalten worden ist (20), eine wasser- stoffhaltige Siliziumnitridschicht (82) auf der Vorderseite des Solarzellensubstrats (72) abgeschieden wird (26).
Solarzelle (70) aufweisend einen auf einer Rückseite der Solarzelle (70) angeordneten SchichtStapel (74, 76) die¬ lektrischer Schichten (74, 76),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zumindest eine dielektrische Schicht (76) des Schicht¬ stapels (74, 76) derart verdichtet ist, dass deren Wider¬ standsfähigkeit gegen ein Durchfeuern von Pasten mit Glasanteilen gegenüber ihrer Widerstandsfähigkeit zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach ihrer Abscheidung verstärkt ist.
10. Solarzelle (70) nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der SchichtStapel (74, 76) eine Siliziumoxidschicht (74) mit einer Dicke von weniger als 100 nm, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm und besonders be¬ vorzugt mit einer Dicke zwischen 10 nm und 100 nm, auf- weist.
Solarzelle (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der SchichtStapel (74, 76) eine Siliziumnitridschicht (76) mit einer Dicke von weniger als 200 nm, vorzugsweise mit einer Dicke zwischen 50 nm und 200 nm und besonders be vorzugt mit einer Dicke zwischen 70 nm und 150 nm, auf¬ weist.
Solarzelle (70) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der SchichtStapel (74, 76) eine Siliziumoxidschicht (74) und eine Siliziumnitridschicht (76) aufweist, wobei vorzugsweise die Siliziumnitridschicht (76) auf der Siliz umoxidschicht (74) angeordnet ist.
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