WO2012025511A1 - Verfahren zum herstellen einer solarzelle mit einer texturierten frontseite sowie entprechende solarzelle - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer solarzelle mit einer texturierten frontseite sowie entprechende solarzelle Download PDF

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cell substrate
front side
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a solar cell with a textured front.
  • the invention further relates to a solar cell which can be produced by the described method.
  • Solar cells are usually produced based on a semiconductor substrate such as, for example, a silicon wafer, wherein at least one front side of the substrate facing the sun is often textured. Texturing here means a deliberate deviation from a flat configuration of the front side. For example, the front page with the help of a so-called
  • Textur istilless be etched so that remain on the surface small pyramids. Such a textured surface may have a lower
  • Solar cell surface can be reduced.
  • an efficiency should be increased as compared with similarly provided with a surface texture solar cells. It is also interesting to propose a production process that is as simple as possible, with positive effects without additional complicated processes
  • Process steps can be achieved and which is preferably compatible with process steps, as they are commonly used in the industrial production of solar cells.
  • a method of manufacturing a solar cell comprises providing a solar cell substrate, forming a texture on a front side and on a front surface Back side of the solar cell substrate, the application of an etching barrier layer on the front side of the solar cell substrate, and smoothing the texture on the back of the solar cell substrate by etching in an isotropically acting etching solution.
  • aspects of the present invention may inter alia be regarded as being based on the following finding:
  • the wafer surface is usually etched by etching
  • Textured etching solution textured.
  • the wafer is conventionally usually immersed completely in the texture etching solution, so that both its front side and its rear side are textured. During the texture sets, part of the
  • a method for manufacturing a solar cell which makes it possible to avoid sharp edges of a texture on the solar cell backside.
  • the isotropically acting etching solution can be the material of the
  • Etch solar cell substrates equally strong in all directions, ie there is no preferred etching direction.
  • smoothing it can be understood here that the texture that previously had an edgy structure, such as a Pyramid structure was formed, is subsequently rounded by etching in the acidic etching solution.
  • the edges of the texture structure no longer have flat surfaces adjacent to one another at an angle, but merge into one another with a radius of curvature.
  • the radius of curvature can be, for example, in the order of the dimensions or larger than the dimensions of individual texture elements such as individual pyramids of
  • a smoothed back side particularly when coated with a dielectric layer for surface passivation, has less surface recombination than a textured back side provided with sharp edges. Both effects can thus due to the changed by the smoothing of the texture surface morphology of the solar cell back to a
  • the acidic etching solution is intended to be the material of Attack solar cell substrate.
  • the acidic etching solution may contain hydrofluoric acid (HF).
  • An etching solution suitable in particular for silicon substrates is composed, for example, of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ) and water (H 2 O).
  • HF hydrofluoric acid
  • HNO 3 nitric acid
  • H 2 O water
  • acidic etching solutions usually have an isotropic effect and can thus contribute to a rounding and thus smoothing of sharp-edged texture structures during etching.
  • an etching barrier layer can be understood as meaning a layer which is applied to the substrate front side with a sufficient chemical etching resistance and a sufficient thickness and impermeability in order to protect it from etching with the etching solution.
  • the ⁇ tzbarr Schlieren harsh can be formed with a viscous paste.
  • the viscous paste can be waxy or liquid, wherein a viscosity is so pronounced that the paste can form a stable, dense film over the substrate front side during the etching process.
  • the ⁇ tzbarr Schlieren harsh can be applied for example by means of a screen printing technique or an inkjet technique (ink-jet). Both the screen printing technique and the inkjet technique represent process techniques that are established in the industrial production of solar cells and are used reliably for example for the formation of metal contacts for a long time.
  • the etching performed to smooth the texture may be performed such that less than 20 ⁇ m, preferably less than 10 ⁇ m, and more preferably less than 5 ⁇ m, is removed from the back side of the solar cell substrate. Compared to other conventional in the manufacture of solar cells
  • the process of smoothing the texture may take a short time compared with other etching processes conventionally used in solar cell fabrication.
  • the etching may be carried out for less than 5 minutes, preferably less than 3 minutes, and more preferably less than 2 minutes.
  • Such a short etching time can contribute to a rapid production of the entire solar cell.
  • the acidic etching solution may substantially during the etching on
  • Room temperature that is, for example, in the range of 10 ° C - 40 ° C, preferably in the range of 20-30 ° C, his.
  • no special tempering, such as heating, of the etching solution may be necessary. Again, this can help simplify and speed up the entire manufacturing process.
  • an emitter layer can be formed both on the front side and on the back side of the solar cell substrate before the texture is smoothed. Since the front side is subsequently protected with the etching barrier layer, during the subsequent etching to smooth the texture, the emitter layer is removed only at the rear side of the solar cell substrate. In this way, a solar cell can be produced only on its front side and possibly at the lateral edges of the solar cell substrate having an emitter layer, wherein the otherwise serving as a basis solar cell substrate was freed on the back due to the etching step for smoothing the emitter layer located there, so that the base can be contacted directly on the back.
  • the process step of etching the substrate backside for smoothing the texture formed thereon can be used simultaneously to etch away a parasitic emitter previously formed on the substrate backside. Additional process steps for electrically isolating the contacted from the back contacts
  • Substrate back and contacted by the front side contacts front of the solar cell can therefore be superfluous.
  • a pas sivtechniks layer is applied to the back of the solar cell substrate after the smoothing of the texture.
  • a pas siv réelles layer can be understood to mean a layer which passivates a surface of the semiconductor substrate and thus leads to a reduced surface recombination speed.
  • Passivation layer may be, for example, a dielectric layer formed with silicon nitride (Si x N y ), silicon oxide (Si0 2 ), alumina (Al 2 0 3 ) or amorphous silicon (a-Si). It has been observed that, in particular on back faces of a solar cell whose texture has been smoothed in the manner described above, such a passivation layer can have a particularly advantageous effect. In particular, it has been observed that a smoothed layer provided with a passivation layer Rear surface has a lower surface recombination speed than also provided with a passivation layer, unsmoothed and provided with sharp edges back surface.
  • the selective emitter can be formed by etching in an etching solution.
  • a selective emitter is understood to be an emitter-like doped layer whose doping concentration varies locally. In other words, initially a homogeneously doped emitter layer can be produced and then locally partially etched away.
  • the ⁇ tzbarr Schl, which is deposited on the front anyway before the provided for smoothing the back etching step, can be suitably designed that can be realized with their help, a selective etching of the front side and thus a generation of the selective emitter.
  • the etch barrier layer (15) may comprise two stacked sublayers having different resistivities to strip solutions used to remove the sublayers.
  • a solar cell which has a solar cell substrate which has an edgy texture on a front side and which has a smoothed texture on a rear side.
  • a solar cell can be produced by the method described above.
  • the edgy texture on the front side can have sharp edges
  • the smoothed texture on the back can have rounded edges.
  • the back of the solar cell does not need to be completely smooth, that is to say to be flat, but may well have a kind of texture in the form of a ripple and thus be uneven.
  • the smoothed texture provided on the back should not have any sharp edges.
  • the solar cell provided on its rear side with the smoothed texture can have an improved efficiency, in particular in the case in which the rear side is additionally provided with a preferably dielectric passivation layer.
  • This improved efficiency can result from a reflection on the solar cell rear side increased by the smoothed texture and thus by an increased light coupling for the solar cell, which leads to an increase in the quantum efficiency of the solar cell in the long-wave wavelength range.
  • a surface-passivated backside surface provided with a smoothed texture can provide an increased efficiency potential, in particular for solar cells contacted locally on the rear side thereof.
  • ⁇ tzbarr Schlieren harsh can protect a previously formed on the front emitter layer completely and reliably, so that the front emitter is not attacked.
  • an easy-to-apply and also easy-to-remove viscous paste is used for the etching barrier layer, there is no change in the etching barrier layer even after removal of the etching barrier layer
  • the smoothing of the backside texture can be combined with the removal of a backside emitter. Due to the removal of material during the etching of the backside for the smoothing, the backside emitter is also removed at the same time. A separate electrical insulation of the parasitic back emitter can be omitted.
  • Back side texture are combined with a method in which on the substrate front side, a so-called selective emitter is generated.
  • the selective emitter can be produced by partially protecting the front side with an etching barrier layer and then partially removing it in the unprotected regions by etching back, so that emitter regions with increased sheet resistance remain there.
  • a single masking step in which an etching barrier layer is selectively applied on the front side of the solar cell substrate may suffice. Further, a single etch could be sufficient to selectively etch back the emitter and smooth the backside texture.
  • the proposed method can be based on industrially inexpensive technologies such as screen printing or inkjet printing and wet chemical etching processes. These have been used for many years in solar cell production and can easily be retrofitted for the presented process. It should be understood that features and embodiments of the invention are described herein in part with respect to the manufacturing process and partially with respect to the solar cell. One skilled in the art will recognize, however, that the
  • Manufacturing process can be transferred.
  • the features described can also be combined with one another in any desired manner.
  • FIG. 1 illustrates a sequence of process steps of a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows a sectional view through a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described. It will be on it that in the figure, in particular some for the inventive
  • Process essential process steps are shown schematically.
  • the entire process for producing the solar cell may include further process steps.
  • some such further process steps are mentioned in the following description. It is noted, however, that in the
  • a solar cell substrate 1 is provided. It may be, for example, a silicon wafer with a thin thickness of less than 200 ⁇ .
  • the solar cell substrate can be prepared prior to further processing by cleaning steps and etching steps with which, for example, a sawing damage occurring during sawing of the substrate is removed.
  • a texture 7 is formed both on a front side 3 and on a rear side 5 of the solar cell substrate 1.
  • the substrate 1 can be completely immersed in a hot etching liquor containing, for example, potassium hydroxide (KaOH).
  • KaOH potassium hydroxide
  • the etching liquor is chosen such that the surfaces of the solar cell substrate are anisotropically etched, so that small pyramidal structures form thereon.
  • FIG. 1 it can be clearly seen in step (b) in the magnification shown on the right that a sharp-edged texture 7 is formed by such an etching step, inter alia, on the rear side 5.
  • the pyramids 9 are formed in an edged structure 11 on the back 5.
  • the solar cell substrate 1 can also be etched in a special acidic solution with a mixture of hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ) and water (H 2 O), which also becomes one due to an anisotropic etching property sharp-edged texture can result. In this way, even multicrystalline solar cell substrates can be textured.
  • HF hydrofluoric acid
  • HNO 3 nitric acid
  • H 2 O water
  • the thus-textured solar cell substrate 1 is subjected to emitter diffusion in a step (c).
  • a thin emitter layer 13 forms on the entire surface of the solar cell substrate 1.
  • dopants are superficially diffused to form a thin emitter layer 13 of the opposite semiconductor type.
  • Emitter layer extends over the entire surface of the
  • Solar cell substrate 1 including the front 3 and the back 5.
  • an etching barrier layer 15 is applied to the solar cell substrate.
  • the ⁇ tzbarr Schlieren harsh 15 can in the form of a viscous paste, such as a waxy paste, with
  • inkjet wax as marketed under the name SunJet by Sun Chemical Corporation (GB) among others, can be applied on the front side 3 by means of an inkjet printer with a thickness of 5-10 ⁇ m.
  • a viscous paste as marketed, inter alia, by Peters Lackwerke GmbH (Germany), with a thickness of 5-10 ⁇ on the front side 3 are applied.
  • the thus prepared solar cell substrate 1 is then immersed in an acid-containing etching solution in a step (e).
  • the areas protected by the etching barrier layer 15 are not attacked by the etching solution.
  • the exposed areas 17 are attacked and etched by the isotropically acting acidic etching solution.
  • the acidic etching solution can hydrofluoric acid (HF),
  • the etching solution may further include water (H 2 O).
  • the temperature of the etching solution can correspond approximately to the room temperature.
  • the etching process can take less than 2 minutes. In this case, experience has shown that a layer having a thickness of less than 10 ⁇ m is removed from the exposed areas 17.
  • the previously sharp-edged texture 7 is rounded and thus smoothed.
  • the previously diffused emitter layer 13, which is typically only a few 100 nm thick, is removed during the etching step.
  • the etching process and the etching barrier layer 15 can be specially adapted so that, in addition to the smoothing on the substrate back side, a formation of a selective emitter on the substrate front side can also be achieved.
  • the location-selective etching back of the emitter layer 13 on the substrate front side 3 takes place on the
  • the smooth etching of the texture 7 on the back 5 and the selective etching back of the emitter layer 13 on the front 3 can be realized as described below with a single masking step:
  • a first more resistant mask serves to protect the low-resistance region of the selective emitter.
  • An overlying second full-area etching mask serves to protect the entire front side 3 during the smooth etching of the rear side 5.
  • the entire area etching mask is removed by wet-chemical stripping.
  • the underlying partial etch mask remains due to its higher resistance (eg, hardened etch mask) intact by the first stripping to still be effective for the selective emitter etch.
  • This masking step is followed by the wet-chemical etching of the emitter layer 13 and the subsequent stripping of the partial mask in a matched
  • Solar cell substrate is not completely immersed in the etching solution, but it floats only with the back 5 on the solution, so that the front side 3 does not come into contact with the etching solution. Thereafter, the emitter back etch can be done by completely immersing the wafer
  • the etching barrier layer 15 is removed again.
  • the solar cell substrate 1 provided with the etching barrier layer 15 can be immersed in a slightly alkaline solution and the etching barrier layer 15 can be stripped from the substrate 1.
  • step (e) in which a sharp-edged texture 7 including the emitter layer 13 diffused therein remains on the front side 3 of the solar cell substrate 1 and a rounded, smoothed texture on the back side 5 19 can be seen without a diffused emitter layer.
  • the rounded texture 19 has no sharp edges. Due to the reduced light trapping effect of such a rounded texture, the reflection of the back surface is increased compared to the edgy textured front side.
  • solar cell substrate 1 can further layers in subsequent process steps are deposited and metal contacts are applied to ultimately arrive at a solar cell 100, as shown in Fig. 2.
  • the passivation layer 21 directly covers the base of the solar cell substrate 1. Due to the dielectric layer and the rounded, smoothed texture 19 on the back 5 of the solar cell substrate 1, there is a reduced
  • Front-side contacts 23 and rear-side contacts 25 can contact the solar cell substrate 1 locally.
  • the front-side contacts 23 in this case make contact with the emitter layer 13.
  • the front-side contacts 23 may be produced, for example, by screen printing, whereby line-shaped metal structures may be printed on the front side 3 and subsequently fired through the passivation layer 21. By firing, the metal contained in the front side contacts 23 comes into direct contact with the emitter layer 13 (in the figure)
  • the rear side contacts 25 may also be formed as linear structures and applied by screen printing on the passivation layer 21 and then fired therethrough.
  • Back surfaces was greatly increased and was partially up to about 35% on average.
  • various passivating layers could be tested, with a significant increase in the effective minority carrier lifetime for the smooth etched substrates compared to unetched substrates having a sharp-edged backside texture.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (100) sowie eine entsprechend herstellbare Solarzelle beschrieben. Auf einem Solarzellensubstrat (1) wird zunächst eine kantige Textur (7), die beispielsweise durch alkalisches Ätzen erzeugte Pyramiden (9) aufweisen kann, sowohl an einer Frontseite (3) als auch an einer Rückseite (5) des Solarzellensubstrates (1) ausgebildet. Anschließend wird eine Ätzbarrierenschicht an der Frontseite des Solarzellensubstrates (1) aufgebracht. Nachfolgend wird die Textur (7) an der Rückseite (5) des Solarzellensubstrates (1) durch Ätzen in einer isotrop wirkenden, beispielsweise säurehaltigen Ätzlösung geglättet, wobei die Frontseite (3) durch die Ätzbarrierenschicht geschützt ist. Hierdurch können kantige Strukturen an der Rückseite (5) vermieden werden und auf diese Weise eine Reflexion erhöht und eine Oberflächenpassivierung verbessert werden, was beides zu einem erhöhten Wirkungsgradpotential führen kann. Gleichzeitig kann eine ganzflächig in dem Solarzellensubstrat (1) ausgebildete Emitterschicht (13) an der Rückseite (5) während des Ätzens entfernt werden, wodurch eine elektrische Isolation der Frontseitenkontakte (23) und der Rückseitenkontakte (25) überflüssig werden kann.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit einer texturierten Frontseite
entsprechende Solarzelle
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit einer texturierten Frontseite. Die Erfindung betrifft ferner eine Solarzelle, die mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden kann.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Solarzellen werden meist basierend auf einem Halbleitersubstrat wie beispielsweise einem Siliziumwafer hergestellt, wobei häufig zumindest eine im Einsatz der Sonne zugewandte Frontseite des Substrates texturiert ist. Unter einer Texturierung wird hierbei ein gezieltes Abweichen von einer ebenen Ausgestaltung der Frontseite verstanden. Beispielsweise kann die Frontseite mit Hilfe eines sogenannten
Texturierungsätzverfahrens derart angeätzt werden, dass an der Oberfläche kleine Pyramiden verbleiben. Eine derart texturierte Oberfläche kann eine geringere
Reflexion aufweisen als eine untexturierte Oberfläche, so dass mehr auf die Frontseite auftreffendes Licht in das Solarzellensubstrat eingekoppelt und somit der
Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht werden kann. US 2004/0259335 AI beschreibt eine Solarzelle und ein Herstellungsverfahren für eine solche Solarzelle, bei denen eine Frontseite maskiert wird und eine Rückseite zurückgeätzt wird.
Allerdings wurde beobachtet, dass beispielsweise aufgrund des Verfahrens, wie herkömmlich bei Solarzellen eine Textur ausgebildet wird, häufig gewisse Nachteile in Kauf genommen werden müssen, die sich negativ auf den erreichbaren
Wirkungsgrad auswirken können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird daher ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle angestrebt, bei dem insbesondere nachteilige Effekte aufgrund der Bildung einer Textur an der
Solarzellenoberfläche reduziert werden können. Insbesondere soll ein Wirkungsgrad verglichen mit in ähnlicher Weise mit einer Oberflächentextur versehenen Solarzellen erhöht werden. Es ist ferner interessant, ein möglichst einfaches Herstellungsverfahren vorzuschlagen, bei dem positive Effekte ohne zusätzliche komplizierte
Verfahrensschritte erreicht werden können und das vorzugsweise mit Prozessschritten, wie sie herkömmlich bei der industriellen Herstellung von Solarzellen eingesetzt werden, kompatibel ist.
Dies kann mit dem Herstellungsverfahren sowie der Solarzelle gemäß den
unabhängigen Ansprüchen erreicht werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Solarzellensubstrates, das Ausbilden einer Textur an einer Frontseite und an einer Rückseite des Solarzellensubstrates, das Aufbringen einer Ätzbarrierenschicht an der Frontseite des Solarzellensubstrates, und das Glätten der Textur an der Rückseite des Solarzellensubstrates durch Ätzen in einer isotrop wirkenden Ätzlösung.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf der folgenden Erkenntnis beruhend angesehen werden: Bei der Herstellung von Solarzellen beispielsweise auf Basis von Siliziumwafern wird zur Erreichung einer Reduzierung der frontseitigen Reflexion die Waferoberfläche meist durch Ätzen mit einer
Texturätzlösung texturiert. Hierbei wird der Wafer herkömmlich meist vollständig in die Texturätzlösung eingetaucht, so dass sowohl seine Frontseite als auch seine Rückseite texturiert werden. Während der Texturätze wird ein Teil der
Waferoberfläche weggeätzt, wobei der Ätzvorgang aufgrund einer anisotropen Wirkung der Texturätzlösung derart erfolgt, dass kleine Pyramiden, deren Höhen typischerweise im Bereich weniger Mikrometer liegen, verbleiben. Diese Pyramiden erzeugen schräge Flanken, an denen einfallendes Licht mehrmals reflektiert werden kann und es aufgrund eines sogenannten Light-Trappings zu reduzierter Reflexion kommt. Während dies an der Frontseite der Solarzelle zur Minimierung der Reflexion erwünscht sein kann, wurde erkannt, dass die scharfen Kanten der Pyramiden an der Rückseite der Solarzelle nachteilig wirken können.
Es wird hier ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle beschrieben, welches ermöglicht, scharfe Kanten einer Textur an der Solarzellenrückseite zu vermeiden. Hierzu wird vorgeschlagen, die an der Rückseite des Solarzellensubstrates zuvor ausgebildete Textur nachfolgend durch Ätzen in einer isotrop wirkenden Ätzlösung zu glätten. Die isotrop wirkende Ätzlösung kann hierbei das Material des
Solarzellensubstrates in allen Richtungen gleich stark ätzen, d.h. es gibt keine bevorzugte Ätzrichtung. Unter„Glätten" kann hierbei verstanden werden, dass die Textur, die zuvor mit einer kantigen Struktur wie beispielsweise einer Pyramidenstruktur ausgebildet wurde, nachfolgend durch Ätzen in der säurehaltigen Ätzlösung verrundet wird. Die Kanten der Texturstruktur weisen somit nach dem Glätten keine in einem Winkel aneinandergrenzenden ebenen Flächen mehr auf, sondern gehen mit einem Krümmungsradius ineinander über. Der Krümmungsradius kann dabei beispielsweise in der Größenordnung der Abmessungen oder größer als die Abmessungen einzelner Texturelemente wie z.B. einzelner Pyramiden der
ursprünglichen Texturstruktur, d.h. im Bereich von beispielsweise 0,1 bis ΙΟμιη, sein.
Es hat sich gezeigt, dass eine Solarzelle, deren texturierte Rückseite geglättet wurde, eine erhöhte Rückseitenreflexion aufweisen kann. Dies kann dazu führen, dass Licht, welches von der Frontseite in das Solarzellensubstrat eingedrungen ist, an der Rückseite besser reflektiert wird und somit innerhalb des Solarzellensubstrates bleibt anstatt auf der Rückseite auszutreten. Dies kann insbesondere bei Solarzellen, die an ihrer Rückseite keinen separaten Rückseitenreflektor beispielsweise in Form einer aufgebrachten Metallschicht aufweisen, vorteilhaft sein und insbesondere zu einer Verbesserung der Quanteneffizienz bei langen Wellenlängen beitragen.
Ferner hat sich gezeigt, dass eine geglättete Rückseite, insbesondere wenn sie zur Oberflächenpassivierung mit einer dielektrischen Schicht beschichtet ist, eine geringere Oberflächenrekombination aufweist als eine mit scharfen Kanten versehene texturierte Rückseite. Beide Effekte können somit aufgrund der durch das Glätten der Textur geänderten Oberflächenmorphologie der Solarzellenrückseite zu einer
Verbesserung des Wirkungsgrades der auf die vorgeschlagene Weise hergestellten Solarzelle führen.
Es wurde beobachtet, dass ein solches Glätten der Textur insbesondere bei
Solarzellensubstraten aus Silizium vorzugsweise mit einer säurehaltigen Ätzlösung erreicht werden kann. Die säurehaltige Ätzlösung soll dabei das Material des Solarzellensubstrates angreifen. Beispielsweise kann die säurehaltige Ätzlösung Flusssäure (HF) enthalten. Eine insbesondere für Siliziumsubstrate geeignete Ätzlösung setzt sich beispielsweise aus Flusssäure (HF), Salpetersäure (HN03) und Wasser (H20) zusammen. Im Gegensatz zu vielen basischen Ätzlösungen wirken säurehaltige Ätzlösungen meist isotrop und können somit beim Ätzen zu einer Verrundung und damit Glättung scharfkantiger Texturstrukturen beitragen.
Um die Frontseite des Solarzellensubstrates während des Ätzens zu schützen, kann diese mit einer Ätzbarrierenschicht bedeckt werden. Unter einer Ätzbarrierenschicht kann hierbei eine Schicht verstanden werden, die mit einer ausreichenden chemischen Ätzresistenz und einer ausreichenden Dicke und Dichtigkeit auf die Substratfrontseite aufgebracht ist, um diese vor einem Ätzen mit der Ätzlösung zu schützen.
Beispielsweise kann die Ätzbarrierenschicht mit einer viskosen Paste ausgebildet werden. Die viskose Paste kann dabei wachsartig oder flüssig sein, wobei eine Viskosität derart ausgeprägt ist, dass die Paste einen während des Ätzvorgangs stabilen, dichten Film über der Substratfrontseite bilden kann.
Die Ätzbarrierenschicht kann beispielsweise mit Hilfe einer Siebdrucktechnik oder einer Tintenstrahltechnik (Ink-Jet) aufgebracht werden. Sowohl die Siebdrucktechnik als auch die Tintenstrahltechnik stellen Verfahrenstechniken dar, die bei der industriellen Fertigung von Solarzellen etabliert sind und beispielsweise zur Bildung von Metallkontakten seit langer Zeit zuverlässig eingesetzt werden.
Das zum Glätten der Textur durchgeführte Ätzen kann derart durchgeführt werden, dass weniger als 20 μιη, vorzugsweise weniger als 10 μιη und stärker bevorzugt weniger als 5 μιη von der Rückseite des Solarzellensubstrates abgetragen werden. Im Vergleich zu sonstigen herkömmlich bei der Herstellung von Solarzellen
durchgeführten Ätzschritten, wie sie beispielsweise zum Entfernen eines Sägeschadens oder zum Polieren der Solarzellenoberfläche durchgeführt werden, wird somit wesentlich weniger Material von der Solarzellenoberfläche abgetragen.
Insbesondere angesichts der Tatsache, dass bei der Herstellung von Solarzellen zunehmend dünnere Substrate verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, möglichst wenig Substratmaterial während des Ätzvorgangs abzutragen, wobei jedoch weiterhin eine ausreichende Glättung der Struktur an der Substratrückseite erreicht werden soll. Ein Abtragen von etwa 1-20 μιη, vorzugsweise 3-10 μιη an der Substratrückseite hat sich hierfür als geeignet erwiesen.
Der Vorgang des Ätzens zum Glätten der Textur kann verglichen mit anderen herkömmlich bei der Solarzellenherstellung verwendeten Ätzvorgängen kurz dauern. Beispielsweise kann das Ätzen während weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als 3 Minuten und stärker bevorzugt weniger als 2 Minuten durchgeführt werden. Eine solche kurze Ätzdauer kann zu einer schnellen Fertigung der gesamten Solarzelle beitragen.
Die säurehaltige Ätzlösung kann während des Ätzens im Wesentlichen auf
Raumtemperatur, das heißt beispielsweise im Bereich von 10°C - 40°C, vorzugsweise im Bereich von 20-30°C, sein. Es kann somit kein spezielles Temperieren, wie beispielsweise Heizen, der Ätzlösung nötig sein. Auch dies kann zur Vereinfachung und Beschleunigung des gesamten Fertigungsverfahrens beitragen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann vor dem Glätten der Textur sowohl an der Frontseite als auch an der Rückseite des Solarzellensubstrates eine Emitterschicht ausgebildet werden. Da die Frontseite anschließend mit der Ätzbarrierenschicht geschützt wird, wird während des nachfolgenden Ätzens zum Glätten der Textur die Emitterschicht lediglich an der Rückseite des Solarzellensubstrates entfernt. Auf diese Weise kann eine Solarzelle hergestellt werden, die lediglich an ihrer Frontseite und eventuell an den seitlichen Kanten des Solarzellensubstrates eine Emitterschicht aufweist, wobei das ansonsten als Basis dienende Solarzellensubstrat an der Rückseite aufgrund des Ätzschrittes zum Glätten von der dort befindlichen Emitterschicht befreit wurde, so dass die Basis an der Rückseite direkt kontaktiert werden kann. Es ist somit nicht mehr wie bei vielen herkömmlich hergestellten Solarzellen nötig, einen parasitären Emitter an der Substratrückseite elektrisch von dem Emitter an der Frontseite zu isolieren, was herkömmlich zusätzliche Verfahrens schritte wie beispielsweise das einseitige nasschemische Emitterätzen ohne Maskierung, eine Kantenisolation mittels Laser, eine Kantenisolation mittels Plasma oder ein
Kantentrennen mittels Säge erforderlich gemacht hat. Mit anderen Worten kann der Verfahrensschritt des Ätzens der Substratrückseite zum Glätten der dort ausgebildeten Textur gleichzeitig dazu benutzt werden, um einen zuvor an der Substratrückseite ausgebildeten parasitären Emitter wegzuätzen. Zusätzliche Verfahrensschritte zum elektrischen Isolieren der von den Rückseitenkontakten kontaktierten
Substratrückseite und der von den Frontseitenkontakten kontaktierten Frontseite der Solarzelle können demnach überflüssig werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird nach dem Glätten der Textur eine Pas sivierungs Schicht auf der Rückseite des Solarzellensubstrates aufgebracht. Unter einer Pas sivierungs Schicht kann dabei eine Schicht verstanden werden, die eine Oberfläche des Halbleitersubstrates passiviert und somit zu einer verringerten Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit führt. Eine
Passivierungsschicht kann beispielsweise eine dielektrische Schicht sein, die mit Siliziumnitrid (SixNy), Siliziumoxid (Si02), Aluminiumoxid (A1203) oder amorphem Silizium (a-Si) gebildet ist. Es wurde beobachtet, dass insbesondere auf Rückseiten einer Solarzelle, deren Textur in der zuvor beschriebenen Weise geglättet wurde, eine solche Passivierungsschicht besonders vorteilhaft wirken kann. Insbesondere wurde beobachtet, dass eine mit einer Passivierungsschicht versehene geglättete Rückseitenoberfläche eine geringere Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit aufweist als eine ebenfalls mit einer Passivierungsschicht versehene, ungeglättete und mit scharfen Kanten versehene Rückseitenoberfläche.
In einer weiteren Ausführungsform kann das beschriebene Glätten der
Substratrückseite mit der Bildung eines selektiven Emitters kombiniert werden. Der selektive Emitter kann dabei durch Ätzen in einer Ätzlösung ausgebildet werden. . Unter einem selektiven Emitter wird dabei eine emitterartig dotierte Schicht verstanden, deren Dotierungskonzentration lokal variiert. Mit anderen Worten kann zunächst eine homogen dotierte Emitterschicht erzeugt werden und diese anschließend lokal teilweise weggeätzt werden. Die Ätzbarrierenschicht, die auf der Frontseite ohnehin vor dem zum Glätten der Rückseite vorgesehenen Ätzschritt abgeschieden wird, kann dabei geeignet ausgestaltet werden, dass sich mit ihrer Hilfe auch ein selektives Ätzen der Frontseite und damit eine Erzeugung des selektiven Emitters realisieren lässt.
Beispielsweise kann die Ätzbarrierenschicht (15) zwei übereinander angeordnete Teilschichten aufweisen, die verschiedene Widerstandsfähigkeiten gegenüber Striplösungen, die zum Entfernen der Teilschichten verwendet werden, aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Solarzelle beschrieben, die ein Solarzellensubstrat aufweist, das an einer Frontseite eine kantige Textur aufweist und das an einer Rückseite eine geglättete Textur aufweist. Eine solche Solarzelle kann mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die kantige Textur an der Frontseite kann dabei scharfe Kanten aufweisen, wohingegen die geglättete Textur an der Rückseite verrundete Kanten aufweisen kann. Die Rückseite der Solarzelle braucht dabei jedoch nicht vollkommen glatt, das heißt eben zu sein, sondern kann durchaus eine Art Textur in Form einer Welligkeit aufweisen und somit uneben sein. Die an der Rückseite vorgesehene geglättete Textur soll jedoch keine scharfen Kanten aufweisen. Vorzugsweise ist die Rückseite des
Solarzellensubstrates mit einer Passivierungsschicht bedeckt.
Mit dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren bzw. der vorgeschlagenen Solarzelle lassen sich unter anderem die folgenden Vorteile erreichen:
Die an ihrer Rückseite mit der geglätteten Textur versehene Solarzelle kann, insbesondere für den Fall, dass die Rückseite zusätzlich mit einer vorzugsweise dielektrischen Passivierschicht versehen wird, einen verbesserten Wirkungsgrad aufweisen. Dieser verbesserte Wirkungsgrad kann sich aus einer durch die geglättete Textur erhöhten Reflexion an der Solarzellenrückseite und damit durch eine erhöhte Lichteinkopplung für die Solarzelle, die zu einer Erhöhung der Quanteneffizienz der Solarzelle im langwelligen Wellenlängenbereich führt, ergeben. Eine Oberflächen-passivierte, mit einer geglätteten Textur versehene Rückseitenoberfläche kann insbesondere für an ihrer Rückseite lokal kontaktierte Solarzellen ein erhöhtes Wirkungsgradpotential ermöglichen.
Die auf der Frontseite des Solarzellensubstrates abgeschiedene
Ätzbarrierenschicht kann eine zuvor an der Frontseite ausgebildete Emitterschicht vollständig und zuverlässig schützen, so dass der frontseitige Emitter nicht angegriffen wird. Insbesondere, wenn für die Ätzbarrierenschicht eine einfach aufbringbare und auch leicht zu entfernende viskose Paste verwendet wird, ist auch nach dem Entfernen der Ätzbarrierenschicht keine Änderung des
Schichtwiderstandes des frontseitigen Emitters zu verzeichnen.
Zum Glätten der Textur wird lediglich wenig Material von der Rückseite des Solarzellensubstrates abgeätzt. Der Ätzvorgang kann daher mit einer geringen Prozessdauer durchgeführt werden. Trotz des geringen Materialverlustes ist eine signifikante Erhöhung der Rückseitenreflexion durch die Glättung der
Rückseitentextur erreichbar.
Das Glätten der Rückseitentextur kann mit einer Entfernung eines rückseitigen Emitters kombiniert werden. Durch den Materialabtrag beim Ätzen der Rückseite für deren Glättung wird der rückseitige Emitter gleichzeitig mitentfernt. Ein separates elektrisches Isolieren des parasitären rückseitigen Emitters kann entfallen.
Optional kann das hier vorgeschlagene Verfahren zur Glättung der
Rückseitentextur mit einem Verfahren kombiniert werden, bei dem an der Substratfrontseite ein sogenannter selektiver Emitter erzeugt wird. Der selektive Emitter kann dabei dadurch erzeugt werden, dass die Frontseite partiell mit einer Ätzbarrierenschicht geschützt und anschließend in den ungeschützten Bereichen teilweise durch Zurückätzen entfernt wird, so dass dort Emitterbereiche mit erhöhtem Schichtwiderstand verbleiben. Für die Erzeugung eines derart hergestellten selektiven Emitters und zum Glätten der Rückseitentextur könnte ein einziger Maskierschritt, bei dem eine Ätzbarrierenschicht selektiv auf der Frontseite des Solarzellensubstrates aufgebracht wird, genügen. Ferner könnte ein einziger Ätzvorgang genügen, um den Emitter selektiv zurückzuätzen und die Rückseitentextur zu glätten.
Das vorgeschlagene Verfahren kann auf im industriellen Maßstab kostengünstige Technologien wie zum Beispiel den Siebdruck oder den Tintenstrahldruck und nasschemische Ätzverfahren zurückgreifen. Diese werden schon seit vielen Jahren in der Solarzellenproduktion eingesetzt und können problemlos für das vorgestellte Verfahren umgerüstet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise in Bezug auf das Herstellungsverfahren und teilweise in Bezug auf die Solarzelle beschrieben sind. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass die
entsprechenden Merkmale in analoger Weise auch auf die Solarzelle bzw. das
Herstellungsverfahren übertragen werden können. Insbesondere können die beschriebenen Merkmale auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorangehend beschriebenen und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 veranschaulicht eine Sequenz von Prozessschritten eines Verfahrens zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUS FÜHRUNGS FORMEN DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf Fig. 1 soll ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in der Figur insbesondere einige für das erfindungsgemäße
Verfahren wesentliche Prozessschritte schematisch dargestellt sind. Das gesamte Verfahren zum Herstellen der Solarzelle kann weitere Prozessschritte umfassen. Beispielhaft sind einige solcher weiteren Prozessschritte in der nachfolgenden Beschreibung genannt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in den
Ansprüchen genannten verfahrenswesentlichen Prozessschritte auch mit anderen Prozessschritten zu einer gesamten Herstellung ssequenz kombiniert werden können.
Zunächst wird in Schritt (a) ein Solarzellensubstrat 1 bereitgestellt. Es kann sich dabei beispielsweise um einen Siliziumwafer mit einer dünnen Dicke von weniger als 200 μηι handeln. Das Solarzellensubstrat kann vor einer Weiterprozessierung durch Reinigung s schritte und Ätzschritte, mit denen beispielsweise ein beim Sägen des Substrates entstandener Sägeschaden entfernt wird, vorbereitet werden.
In einem nächsten Schritt (b) wird sowohl an einer Frontseite 3 als auch an einer Rückseite 5 des Solarzellensubstrates 1 eine Textur 7 ausgebildet. Hierzu kann das Substrat 1 vollständig in eine heiße Ätzlauge, die beispielsweise Kaliumhydroxid (KaOH) enthält, eingetaucht werden. Die Ätzlauge ist dabei derart gewählt, dass die Oberflächen des Solarzellensubstrates anisotrop angeätzt werden, so dass sich kleine pyramidenartige Strukturen daran ausbilden. In Fig. 1 ist für den Schritt (b) dabei in der rechts dargestellten Vergrößerung gut zu erkennen, dass sich durch einen solchen Ätzschritt unter anderem an der Rückseite 5 eine scharfkantige Textur 7 ausbildet. Die Pyramiden 9 sind dabei in einer kantigen Struktur 11 an der Rückseite 5 ausgebildet.
Alternativ kann das Solarzellensubstrat 1 auch in einer speziellen sauren Lösung mit eienr Mischung aus Flusssäure (HF), Salpetersäure (HN03) und Wasser (H20) geätzt werden, die aufgrund einer anisotropen Ätzeigenschaft ebenfalls zu einer scharfkantigen Textur führen kann. Auf diese Weise können auch multikristalline Solarzellen Substrate texturiert werden.
Anschließend wird das derart texturierte Solarzellensubstrat 1 in einem Schritt (c) einer Emitterdiffusion unterzogen. Dabei bildet sich an der gesamten Oberfläche des Solarzellensubstrates 1 eine dünne Emitterschicht 13. In das Basis-artige halbleitende Solarzellensubstrat 1 werden hierzu oberflächlich Dotanden eindiffundiert, um eine dünne Emitterschicht 13 vom entgegengesetzten Halbleitertyp zu bilden. Die
Emitterschicht erstreckt sich dabei über die gesamte Oberfläche des
Solarzellensubstrates 1 einschließlich der Frontseite 3 und der Rückseite 5.
Anschließend wird in einem Schritt (d) an der Frontseite 3 eine Ätzbarrierenschicht 15 auf das Solarzellensubstrat aufgebracht. Die Ätzbarrierenschicht 15 kann dabei in Form einer viskosen Paste, beispielsweise einer wachsartigen Paste, mit
herkömmlichen Siebdrucktechniken oder Tintenstrahltechniken auf der Frontseite 3 aufgebracht werden. Beispielsweise kann sogenanntes Inkjet Wachs, wie es unter anderem unter dem Namen SunJet von Sun Chemical Corporation (GB) vertrieben wird, mittels eines Inkjetters mit einer Dicke von 5-10μιη auf der Frontseite 3 aufgebracht werden. Alternativ kann mittels eines Siebdruckers eine viskose Paste, wie sie unter anderem von Peters Lackwerke GmbH (Deutschland) vertrieben wird, mit einer Dicke von 5-10μιη auf der Frontseite 3 aufgebracht werden.
Das derart präparierte Solarzellensubstrat 1 wird anschließend in einem Schritt (e) in eine säurehaltige Ätzlösung eingetaucht. Die von der Ätzbarrierenschicht 15 geschützten Bereiche werden dabei von der Ätzlösung nicht angegriffen. Die frei liegenden Bereiche 17 werden jedoch von der isotrop wirkenden sauren Ätzlösung angegriffen und abgeätzt. Die saure Ätzlösung kann dabei Flusssäure (HF),
Salpetersäure (HN03) und Essigsäure (CH3COOH) beispielsweise im Verhältnis 19:60:20 , aufweisen. Die Ätzlösung kann ferner Wasser (H20) beinhalten. Die Temperatur der Ätzlösung kann dabei in etwa der Raumtemperatur entsprechen. Der Ätzvorgang kann weniger als 2 Minuten dauern. Dabei wird erfahrungsgemäß an den frei liegenden Bereichen 17 eine Schicht mit einer Dicke von weniger als 10 μιη abgetragen.
Da der Ätzvorgang in der säurehaltigen Ätzlösung isotrop ist, wird die zuvor scharfkantig ausgebildete Textur 7 verrundet und somit geglättet. Gleichzeitig wird die zuvor eindiffundierte Emitterschicht 13, die typischerweise lediglich wenige 100 nm dick ist, während des Ätzschrittes entfernt.
Der Ätzvorgang sowie die Ätzbarrierenschicht 15 können speziell angepasst werden, damit zusätzlich zu dem Glätten an der Substratrückseite auch ein Ausbilden eines selektiven Emitters an der Substratfrontseite erreicht werden kann. Die ortsselektive Rückätzung der Emitterschicht 13 an der Substratfrontseite 3 erfolgt auf der
Nanometerskala. Die Ätzung der Rückseite 5 erfolgt dagegen auf der
Mikrometerskala. Somit sollte das Ätzmedium und/oder die Ätzdauer für die
Rückseite angepasst werden.
Das Glattätzen der Textur 7 an der Rückseite 5 und das selektive Rückätzen der Emitterschicht 13 auf der Frontseite 3 lässt sich wie im folgenden beschrieben mit einem einzigen Maskierungs schritt realisieren: Dabei nutzt man den unterschiedlichen Ablösegrad zweier Ätzmasken, die als Teilschichten der Ätzbarrierenschicht 15 dienen. Eine erste widerstandsfähigere Maske dient zum Schutz des niederohmigen Bereiches des selektiven Emitters. Eine darüber liegende zweite ganzfläche Ätzmaske dient dem Schutz der gesamten Vorderseite 3 beim Glattätzen der Rückseite 5.
Nachdem die Rückseite 5 geätzt worden ist, wird die ganzfläche Ätzmaske nasschemisch durch Strippen entfernt. Die darunterliegende partielle Ätzmaske bleibt aufgrund ihrer höheren Widerstandsfähigkeit (z.B. gehärtete Ätzmaske) durch das erste Strippen unversehrt, um für den selektiven Emitterätz schritt noch wirksam zu sein. Diesem Maskierschritt folgt die nasschemische Ätzung der Emitterschicht 13 und das anschließende Strippen der partiellen Maske in einer angepassten
Stripplösung für gehärtete Ätzmasken.
Eine weitere Möglichkeit wäre es, statt zweier Masken wie zuvor beschrieben nur eine Maske zu verwenden. Hier würde dann nur die Maske für das selektive Rückätzen der Emitterschicht 13 aufgebracht, z.B. mit einer zusätzlichen , Linie' am Rand der Vorderseite 3. Dann wird im nachfolgenden Glättungsätzschritt das
Solarzellensubstrat nicht komplett in die Ätzlösung eingetaucht, sondern es schwimmt lediglich mit der Rückseite 5 auf der Lösung, so dass die Vorderseite 3 nicht mit der Ätzlösung in Kontakt kommt. Danach kann dann die Emitterrückätzung durch komplettes Eintauchen des Wafers erfolgen
Nach dem Ätzen wird die Ätzbarrierenschicht 15 wieder entfernt. Hierzu kann das mit der Ätzbarrierenschicht 15 versehene Solarzellensubstrat 1 in eine leicht alkalische Lösung eingetaucht werden und die Ätzbarrierenschicht 15 vom Substrat 1 gestrippt werden. Es ergibt sich somit die in Fig. 1, Schritt (e) gezeigte Struktur, bei der an der Frontseite 3 des Solarzellensubstrates 1 eine scharkantige Textur 7 einschließlich der darin eindiffundierten Emitterschicht 13 verblieben ist und bei der an der Rückseite 5 eine verrundete, geglättete Textur 19 ohne eine eindiffundierte Emitterschicht zu erkennen ist. Die verrundete Textur 19 weist keine scharfen Kanten auf. Aufgrund des reduzierten Light- Trapping-Effekts einer solchen verrundeten Textur ist die Reflexion der Rückseite im Vergleich zur kantig texturierten Frontseite vergrößert.
Auf das derart texturierte und mit einer frontseitigen Emitterschicht 13 versehene Solarzellensubstrat 1 können in nachfolgenden Prozessschritten weitere Schichten abgeschieden werden und Metallkontakte aufgebracht werden, um letztendlich zu einer Solarzelle 100 zu gelangen, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Auf der kantig texturierten Frontseite 3 sowie auf der geglättet texturierten Rückseite 5 ist dabei eine zusätzliche Passivier Schicht 21 in Form einer dielektrischen Schicht beispielsweise aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder Aluminiumoxid abgeschieden. Auf der
Frontseite 3 bedeckt die Passivierschicht 21 dabei die Emitterschicht 13. An der Rückseite 5 bedeckt die Passivierschicht 21 direkt die Basis des Solarzellensubstrates 1. Aufgrund der dielektrischen Schicht und der verrundeten, geglätteten Textur 19 an der Rückseite 5 des Solarzellensubstrates 1 kommt es zu einer verringerten
Oberflächenrekombination .
Frontseitenkontakte 23 und Rückseitenkontakte 25 können das Solarzellensubstrat 1 lokal kontaktieren. Die Frontseitenkontakte 23 kontaktieren dabei die Emitterschicht 13. Die Frontseitenkontakte 23 können beispielsweise im Siebdruckverfahren hergestellt sein, wobei linienförmige Metallstrukturen auf die Frontseite 3 aufgedruckt und anschließend durch die Passivierschicht 21 hindurchgefeuert werden können. Durch das Hindurchfeuern kommt das in den Frontseitenkontakten 23 enthaltene Metall direkt in Kontakt mit der Emitterschicht 13 (in der Figur aus
Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt). Die Rückseitenkontakte 25 können ebenfalls als linienförmige Strukturen ausgebildet werden und mittels Siebdruck auf die Passivierschicht 21 aufgebracht und anschließend durch diese hindurchgefeuert werden.
Mit dem vorgestellten Herstellungsverfahren konnten bereits großflächige (125 x 125 mm2) Solarzellen mit einem für die industrielle Fertigung geeigneten
Siebdruckverfahren auf p-Typ Cz-Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 2,5 Ohm-cm hergestellt werden. Die Rückseite wies dabei ein ganzflächiges Aluminium- BSF (Back Surface Field) auf. Die Frontseite besaß einen homogenen Emitter. Es wurden Wirkungsgrade von bis zu 18,4% erreicht, wobei ein Parallelwiderstand der Solarzelle von etwa 10.000 Ohm-cm2 gemessen wurde, was eine erfolgreiche
Entfernung des Emitters an der Substratrückseite ohne Kurzschlussbildung bestätigt.
Im Labormaßstab wurden auch bereits Solarzellen hergestellt, die mit einer dielektrisch passivierten Rückseite ausgestattet wurden. Auf FZ- Silizium wurden dabei Wirkungsgrade von über 20% erreicht. Messungen der Reflexion an der Substratrückseite konnten bestätigen, dass die Reflexion, die bei alkalisch geätzten Oberflächen im Mittel bei etwa 10% lag, nach dem Glätten der texturierten
Rückseitenoberflächen stark erhöht war und teilweise bis zu etwa 35% im Mittel betrug. Gleichzeitig konnten verschiedene Passivier schichten getestet werden, wobei eine signifikante Erhöhung der effektiven Minoritätsladungsträgerlebensdauer bei den glatt geätzten Substraten gegenüber den nicht geätzten Substraten mit einer scharfkantigen rückseitigen Textur gemessen wurde.
Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„umfassen",„aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer zusätzlicher Elemente nicht ausschließen sollen. Der Begriff„ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Elementen bzw. Gegenständen nicht aus. Ferner können zusätzlich zu den in den Ansprüchen genannten Verfahrens schritten weitere Verfahrens schritte nötig oder vorteilhaft sein, um z.B. eine Solarzelle endgültig fertig zu stellen. Die Bezugszeichen in den
Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Solarzellensubstrat
3 Frontseite
5 Rückseite
7 Textur
9 Pyramide
11 Kantige Struktur
13 Emitterschicht
15 Ätzbarrierenschicht
17 Frei liegende Bereiche
19 Geglättete Textur
21 Passivierschicht
23 Frontseitenkontakte
25 Rückseitenkontakte

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (100), aufweisend:
Bereitstellen eines Solarzellensubstrates (1);
Ausbilden einer Textur (7) an einer Frontseite (3) und an einer Rückseite (5) des Solarzellensubstrates (1);
Aufbringen einer Ätzbarrierenschicht (15) an der Frontseite (3) des
Solarzellensubstrates (1); und
Glätten der Textur (7) an der Rückseite (5) des Solarzellensubstrates (1) durch Ätzen in einer isotrop wirkenden Ätzlösung, wobei die Textur (7) mit einer kantigen Struktur (11) ausgebildet wird und wobei beim Glätten der Textur (7) Kanten der
Textur struktur in Form einer Welligkeit verrundet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die isotrop wirkende Ätzlösung Säure enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die säurehaltige Ätzlösung Flusssäure enthält.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ätzbarrierenschicht (15) mit einer viskosen Paste ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ätzbarrierenschicht (15) mit einer Siebdrucktechnik oder einer Tintenstrahltechnik aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ätzen derart
durchgeführt wird, dass weniger als 20μιη von der Rückseite (5) des
Solarzellensubstrates (1) abgetragen werden.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ätzen während weniger als 5 Minuten durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ätzlösung während des Ätzens auf einer Temperatur im Bereich von 10°C bis 40°C ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei vor dem Glätten der Textur (7) sowohl an der Frontseite (3) als auch an der Rückseite (5) des
Solarzellensubstrates (1) eine Emitterschicht (13) ausgebildet wird und wobei beim Glätten der Textur (7) die Emitterschicht (13) an der Rückseite (5) des
Solarzellensubstrates (1) entfernt wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Glätten der Textur (7) eine Pas sivierungs Schicht (21) auf der Rückseite (5) des
Solarzellensubstrates (1) aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Aufbringen der Ätzbarrierenschicht (15) an der Frontseite (3) des Solarzellensubstrates (1) ein selektiver Emitter durch Ätzen in einer Ätzlösung ausgebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Ätzbarrierenschicht (15) zwei übereinander angeordnete Teilschichten aufweist, die verschiedene Widerstandsfähigkeiten gegenüber Striplösungen, die zum Entfernen der Teilschichten verwendet werden, aufweisen.
13. Solarzelle (100) aufweisend:
ein Solarzellensubstrat (1), dass an einer Frontseite (3) eine kantige Textur (7) aufweist und das an einer Rückseite (5) eine in Form einer Welligkeit verrundete Textur (19) aufweist.
14. Solarzellen nach Anspruch 13, ferner aufweisend einen selektiven Emitter an der Frontseite (3) des Solarzellensubstrates (1).
PCT/EP2011/064431 2010-08-27 2011-08-23 Verfahren zum herstellen einer solarzelle mit einer texturierten frontseite sowie entprechende solarzelle WO2012025511A1 (de)

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