WO2012062298A2 - Verfahren zur herstellung einer solarzelle mit einem selektiven emitter sowie solarzelle - Google Patents

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Andreas Teppe
Jörg ISENBERG
Catherine Voyer
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Centrotherm Photovoltaics Ag
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a solar cell with a selective emitter according to the preamble of claim 1 and a So ⁇ larzelle produced by this method.
  • a parallel ⁇ sante for industrial solar cell production variant of the production of a selective emitter is the laser diffusion.
  • This provides that initially a homoge ⁇ ner, weakly doped and thus high-impedance emitter is formed on a solar cell substrate.
  • the solar cell substrate is locally heated by means of laser radiation.
  • the position of already may be changed in an existing solar cell substrate dopant in ⁇ game example, it may be changed locally, the emitter profile ⁇ driven and thus deeper into the solar cell substrate into it.
  • the ratio of electrically inactive dopant can be locally changed ⁇ changed to electrically active dopant.
  • the silicon oxide layer separates so ⁇ with the surface of the solar cell substrate of the doping ⁇ -containing glass layer.
  • dopant from the dopant-containing glass layer and from the solar cell substrate invades into the silicon oxide layer so that it does not represent a pure silicon oxide layer.
  • the silicon oxide falls from thin or thick and be ⁇ prevents consequently, more or less, the diffusion of additional dopant of the dopant glass layer in the solar cell substrate during a subsequent local heating by means of laser radiation, that is, during the subsequent laser diffusion.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an improved method for producing a solar cell with a selective emitter.
  • the inventive method for producing a Solarzel ⁇ le with a selective emitter provides that a dopant-containing first-type material, first glass layer on Wenig ⁇ least a portion of a surface of a solar cell substrate is formed in covered by the first glass layer Be ⁇ range of Solar cell substrate by diffusion of first type dopant from the first glass layer into the solar cell substrate into a lightly doped emitter is formed and by local heating of selected regions of the solar cell substrate locally additional dopant of the first type is diffused into the solar cell substrate in order to form heavily doped emitter regions.
  • the basic idea of the invention is to remove the first glass layer before local inward diffusion of the additional dopant of the first type, before local heating of the selected regions of the solar cell substrate.
  • strats containing at least the selected portions of the Solarzel ⁇ lensubstrats a dopant first type, for
  • second glass layer on the surface of the solar cell substrate form ⁇ and adopteddif- substantiate by the local heating of the selected portions of the solar cell substrate the additional dopant of the second glass layer locally into the solar cell substrate and form the heavily doped emitter regions in this way.
  • the formation of the first glass layer and the diffusion of dopant from the first glass layer into the solar cell substrate may be performed for the purpose of forming the lightly doped emitter independently of the formation of the heavily doped emitter regions by means of local heating.
  • the first glass layer and its doping ⁇ oxygen content needs to be, for example, not be interpreted that sufficient dopant is available during the local heating for the training of highly doped emitter regions. This results in advantageous freedom in the process and for the optimization of the selective emitter.
  • an extended due to the formation of the second glass layer total length of stay of Solarzel ⁇ lensubstrats can have a positive effect in heated ovens in each individual case on the efficiency of crystalline silicon substrates from gefertig- th solar cells.
  • the local heating of the selected areas are preferential ⁇ by means of laser radiation.
  • the dopant of the first type either n-type dopant or p-type dopant may be used, especially phosphorus or boron.
  • a silicon substrate is preferably used as the solar cell substrate.
  • a weakly doped emitter is to be understood as meaning an emitter with a sheet resistance of 80 ⁇ / sq to 200 ⁇ / sq.
  • a lightly doped emitter is formed with a sheet resistance of 80 ⁇ / sq to 140 ⁇ / sq, and more preferably from 90 ⁇ / sq to 130 ⁇ / sq.
  • lightly doped emitter with a surface charge carrier concentration of about 5-10 19 cm ⁇ 3 have proven, which
  • Heavily doped emitter regions in the context of the present invention have a sheet resistance of less than 70 ⁇ / sq in, vorzugswei ⁇ se of less than 60 ⁇ / sq.
  • a silicone is formed katglas für preferably, in particular a phospho-silicate glass or a borosilicate glass layer ⁇ .
  • the first glass layer can be removed by etching before ⁇ preferably by wet chemical etching.
  • etching preferably by wet chemical etching.
  • hydrofluoric etching solutions have proven useful in this connection.
  • the second glass layer can by means of a specimen step are formed from ⁇ , as usually under Röhrendif ⁇ fusions, for example, POCI 3 -, or leads carried BBr 3 is diffusions.
  • the second glass layer is formed by means of a POCl 3 -Belegönes.
  • the POCl 3 loading step used is a well-known first substep of POCl 3 tube diffusions, sometimes referred to as POCl 3 occupancy.
  • the POCl 3 loading step is carried out in a diffusion oven. This allows a cost-effective process management, since no novel devices are required, but can be used on known and proven systems that comparatively low cost available and operable.
  • a POCl 3 -Beleg Kunststoffes can in principle be provided a BBr 3 - document step.
  • the use of dopant sources other than POCl 3 and BBr 3 is possible.
  • the POCl3-Beleg Colour is preferably carried out at temperatures of less than 790 ° C, more preferably at Tempe ⁇ temperatures of less than 770 ° C. Such low temperatures make it possible to largely reduce, ideally prevent, diffusion of inactive phosphorus into the solar cell substrate. In practice, it has proved advantageous erwie ⁇ sen to perform the POCl3 Slip step at temperatures between 700 ° C and 750 ° C, have proven particularly useful temperatures between 725 ° C and 740 ° C.
  • An alternative embodiment variant provides that liquid containing a dopant of the first type is applied to the selected regions and dried for the purpose of forming the second glass layer. Preferably, this liquid is sprayed or spin coated, the latter being sometimes referred to as spinning.
  • Do ⁇ animal material-containing liquid of the first type has in particular a one to twenty percent phosphoric be ⁇ lasts.
  • a dopant-containing liquid can be applied in a sol-gel process.
  • Vapor phase (CVD) is formed, which preferably takes place in the continuous process at atmospheric pressure (APCVD).
  • APCVD atmospheric pressure
  • dopant source for the formation of the second glass layer in particular trimethylphosphate phat or trimethyl phosphite, often referred to for short as TMP, proven.
  • the chemical vapor deposition takes place at a temperature of less than 750 ° C.
  • a temperature of less than 750 ° C can be reduced by limiting the diffusion of Tempe ⁇ temperatures inactive phosphorus into the silicon, and ideally be prevented.
  • a plas ⁇ magetriebene deposition from the vapor phase (PECVD) is used, the deposition is preferably carried out at temperatures of less than 500 ° C.
  • a silicon substrate is used as Sun ⁇ larzellensubstrat.
  • a Si ⁇ liziumoxidtik is at least temporarily formed directly on the at least one part of the surface of the solar cell substrate during the diffusion of dopant from the first glass layer in the solar cell substrate. If the first glass layer was previously formed directly on the at least one part of the surface of the solar cell substrate, the silicon oxide layer is thus formed at the interface between the first glass layer and the at least one part of the surface of the solar cell substrate. During and after the formation of the silicon oxide layer it comes to diffusion of dopant first type from the first glass layer and out of the solar cell substrate in the silicon oxide ⁇ so this is is not a pure silicon oxide ⁇ .
  • the silicon oxide layer is removed prior to Loka ⁇ len diffusion of additional dopant first type. This preferably takes place together with the removal of the first glass layer. In this manner, prevents the ⁇ that the local diffusion additional dopant of the second glass layer in the solar cell substrate is in obstructed by the silicon oxide layer.
  • the silicon oxide layer may be formed during a drive-in step, sometimes also referred to as a drive-in phase, of the diffusion process of dopant from the first glass layer into the solar cell substrate.
  • the driving step is usually carried out in a production of high-efficiency solar cells in an oxygen-containing atmosphere. In tube diffusion carried Eintreib Kunststoffe, or A ⁇ blowing phases, after the coating step.
  • the allocation step is sometimes also referred to as occupancy phase or simply as Bele ⁇ tion.
  • the first glass layer is formed as part of a tube diffusion, preferably in the context of a P0C1 3 or BBr 3 diffusion.
  • the inventive method for producing a selekti ⁇ ven emitter is compatible with modern transmission method Solarzellenferti- which provide a dielectric mirror coating the back of the solar cell substrate.
  • Under rear side of the solar cell substrate is understood to mean that large Be ⁇ te the solar cell substrate, which is arranged reasonable facing away from the incident light during operation of the finished solar cell.
  • the inventive method can be used in such a way ⁇ larzellenfertigungshabilitungsvon integrated cost-effectively. In a preferred embodiment of the method described here, therefore, a back side of the method is used. larzellensubstrats applied a layer stack of dielectric layers.
  • the second glass layer is formed directly on the surface of the solar cell substrate.
  • Figure 1 is a schematic schematic diagram of a first
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • the solar cell substrate is first textured and cleaned in a conventional manner.
  • POCl includes 3 diffusion 12 to, wherein forming a first phosphor glass layer is made of the first phosphor glass layer dopant of a first type, in the present phosphorus, in the So ⁇ larzellensubstrat diffused and formed a lightly doped emitter 58 in this way 12.
  • As Solar cell substrate is presently a silicon substrate 50 verwen ⁇ det.
  • 3 diffusion 12 is a silicon oxide ⁇ layer formed directly on the surface of the silicon substrate during a Eintreibönes of POCl. This can be omitted in another embodiment.
  • the first phosphorus glass layer is subsequently completely removed. In the present exemplary embodiment, this is done by wet-chemical etching 14 of the first phosphorus glass layer. Is present together with the first phosphor glass ⁇ layer and the previously formed silicon oxide film ent ⁇ removed. Any no silicon oxide ⁇ layer formed during the POCl3 diffusion 12, so their removal is omitted.
  • a POCl3 Slip step 16 follows, with ⁇ which is formed flat on the whole lightly doped emitter has a second phosphor glass layer means of 52 16.
  • the POCl 3 occupation rules is advantageously carried out in the same tube amplifier rendiffusionsofen, in which already the POCl 3 diffusion 12 was performed.
  • POCl 3 diffusion 12 is diffusion at low pressures because such low pressure diffusion enables high throughput.
  • a further tube diffusion furnace or at least one further diffusion tube is advantageously provided in the already existing tube diffusion furnace for the P0Cl3 coating or the POCI3 proof step 16.
  • Such a furnace or pipe separation for the various process steps increases the stability of the entire production process.
  • the Phosphor ⁇ occupancy step 16 and thus the phosphorus occupancy takes place in the present ⁇ embodiment at temperatures below 790 ° C, preferably at temperatures below 770 ° C and more preferably at temperatures between 725 ° C and 740 ° C.
  • the second layer of phosphorus glass is formed by spraying or spinning and drying a phosphorus-containing liquid such as phosphoric acid or by means of chemical vapor deposition at atmospheric pressure (APCVD).
  • a phosphorus-containing liquid such as phosphoric acid
  • APCVD atmospheric pressure
  • selected regions of the solar cell substrate are locally heated by means of laser radiation 54.
  • laser radiation 54 By this local heating 18 of the selected regions of the silicon substrate 50, additional phosphorus from the second phosphor glass layer 52 is diffused into the silicon substrate 50. In this way, heavily doped emitter regions 60 are formed 18.
  • Figure 2 illustrates in the schematic partial representation (a) the solar cell substrate 50 towards the end of the local heating 18 of the solar cell substrate 50 by means of schematically by Arrows 54 indicated laser radiation. Additional phosphorus has already been locally diffused from the second phosphor glass layer 52 into the solar cell substrate 50. In mergedes ⁇ sen the heavily doped emitter regions 60 are already formed in the heated by means of laser radiation 54 areas.
  • FIG. 2 shows a solar cell substrate 50 which has been provided with a texture 56 only on the upper side.
  • a solar cell substrate in particular a silicon substrate, which is provided with a texture on its entire surface.
  • the second phosphor glass layer 52 is removed corresponds 20. This is done in the present case again by means of a wet-chemical etching ⁇ 20th
  • a silicon nitride layer 61 deposited on the 22 Silizi ⁇ umsubstrat 50 This serves to passivate the surface of the silicon substrate 50 as well as Antireflexi- onsbeSchichtung.
  • metal-containing pastes are applied 24 by means known per se, screen printing method, this ziumnitrid by the silicon 61 through 24, and fired in this manner ⁇ front contacts 62 and rear contacts 64 is formed.
  • an aluminum-containing paste is printed for the purpose of forming the back contact 64.
  • aluminum can diffuse out of the back contact 64 into the solar cell substrate 50 and overcompensate on the rear side the lightly doped emitter 58.
  • a rear field 66 which is often referred to as a back surface field, is formed.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter (58, 60), bei welchem eine Dotierstoff ersten Typs enthaltende erste Glasschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (50) ausgebildet wird (12), in von der ersten Glasschicht bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) durch Eindiffusion von Dotierstoff aus der Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein ein schwach dotierter Emitter (58) ausgebildet wird (12), die erste Glasschicht entfernt wird (14), nach dem Entfernen (14) der ersten Glasschicht auf zumindest einem Teilbereich des schwach dotierten Emitters (58) eine zweite Dotierstoff ersten Typs enthaltende Glasschicht (52) ausgebildet wird (16) und in von der zweiten Glasschicht (52) bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) durch lokales Erhitzen (18) des Solarzellensubstrats (50) lokal zusätzlicher Dotierstoff ersten Typs aus der zweiten Glasschicht (52) in das Solarzellensubstrat (50) eindiffundiert wird und in dieser Weise stark dotierte Emitterbereiche (60) ausgebildet werden (18) sowie Solarzelle.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter sowie Solarzelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter gemäß dem Obergriff des Anspruchs 1 sowie eine mit diesem Verfahren hergestellte So¬ larzelle.
Es ist bekannt, dass sich der Wirkungsgrad von Solarzellen durch die Ausbildung selektiver Emitterstrukturen verbessern lässt. Eine für die industrielle Solarzellenfertigung interes¬ sante Variante der Herstellung eines selektiven Emitters ist die Laserdiffusion. Diese sieht vor, dass zunächst ein homoge¬ ner, schwach dotierter und somit hochohmiger Emitter auf einem Solarzellensubstrat ausgebildet wird. Im Weiteren wird das So- larzellensubstrat lokal mittels Laserstrahlung erhitzt. Auf diese Weise kann zum einen die Position von bereits in Solarzellensubstrat vorhandenem Dotierstoff verändert werden, bei¬ spielsweise kann er tiefer in das Solarzellensubstrat hinein¬ getrieben und auf diese Weise das Emitterprofil lokal verän- dert werden. Zudem kann das Verhältnis von elektrisch inaktivem Dotierstoff zu elektrisch aktivem Dotierstoff lokal verän¬ dert werden. Zum anderen besteht die Möglichkeit, aus einer Dotierstoffquelle, welche bereits für die Ausbildung des homo¬ genen, schwach dotierten Emitters verwendet wurde, durch das lokale Erhitzen mittels der Laserstrahlung zusätzlichen Dotierstoff lokal in das Solarzellensubstrat einzudiffundieren . Auf diese Weise kann die Dotierstoffkonzentration lokal erhöht werden . Die beschriebenen Effekte ermöglichen es, lokal stark dotierte Emitterbereiche auszubilden, welche zusammen mit dem im Übrigen vorhandenen, schwach dotierten Emitter den gewünschten se- lektiven Emitter bilden. Ein Verfahren zur Ausbildung eines selektiven Emitters mittels einer Laserdiffusion unter Verwendung eines flüssigkeitsgeführten Lasers ist unter anderem aus US 2010/0213166 AI bekannt.
In der Praxis ergeben sich für die Laserdiffusion einige Beschränkungen, welche die Ausbildung eines optimalen selektiven Emitters behindern. Beispielsweise werden Phosphor- oder Bordiffusionen darauf ausgelegt, einen homogenen Emitter mit ei- nem optimalen Emitterprofil, genauer gesagt Emittertiefenpro¬ fil, auszubilden. Beispielsweise werden bei Röhrendiffusionen, insbesondere bei POCl3-Diffusionen Eintreibschritte durchge¬ führt, um die Oberflächenkonzentration des Dotierstoffs in dem Solarzellensubstrat zu reduzieren. Derartige Eintreibschritte, teilweise als Eintreibphasen bezeichnet, werden häufig in ei¬ ner sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Dies führt, insbesondere bei der Verwendung von Siliziumsolarzellensub¬ straten, zum Aufwachsen einer Siliziumoxidschicht an der
Grenzfläche zwischen dem Solarzellensubstrat und der dotier- stoffhaltigen Glasschicht. Die Siliziumoxidschicht trennt so¬ mit die Oberfläche des Solarzellensubstrats von der dotier¬ stoffhaltigen Glasschicht. Während und nach der Ausbildung der Siliziumoxidschicht kommt es zur Eindiffusion von Dotierstoff aus der dotierstoffhaltigen Glasschicht und aus dem Solarzel- lensubstrat in die Siliziumoxidschicht, sodass diese keine reine Siliziumoxidschicht darstellt. Je nach Prozessführung fällt die Siliziumoxidschicht dünner oder dicker aus und be¬ hindert infolgedessen mehr oder weniger stark die Eindiffusion von zusätzlichem Dotierstoff aus der dotierstoffhaltigen Glas- schicht in das Solarzellensubstrat während einem nachfolgenden lokalen Erhitzen mittels Laserstrahlung, das heißt während der nachfolgenden Laserdiffusion. In Folge dieser Behinderung der Laserdiffusion kann mittels der Laserdiffusion weniger Dotierstoff lokal in das Solarzellensubstrat eindiffundiert werden, als dies für die Ausbildung optimaler stark dotierter Bereiche des selektiven Emitters erforderlich wäre. Hierdurch ergeben sich erhöhte Kontaktwiderstände zwischen den stark dotierten Emitterbereichen und darauf angeordneten Metallkontakten der fertigen Solarzelle, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle auswirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Unteransprüche .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Solarzel¬ le mit einem selektiven Emitter sieht vor, dass eine Dotier- Stoff ersten Typs enthaltende, erste Glasschicht auf wenigs¬ tens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats ausgebildet wird, in von der ersten Glasschicht bedeckten Be¬ reichen des Solarzellensubstrats durch Eindiffusion von Dotierstoff ersten Typs aus der ersten Glasschicht in das Solar- zellensubstrat hinein ein schwach dotierter Emitter ausgebildet wird und durch lokales Erhitzen ausgewählter Bereiche des Solarzellensubstrats lokal zusätzlicher Dotierstoff ersten Typs in das Solarzellensubstrat hineindiffundiert wird, um stark dotierte Emitterbereiche auszubilden.
Vor diesem Hintergrund besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, die erste Glasschicht vor der lokalen Eindiffusion des zusätzlichen Dotierstoffs ersten Typs zu entfernen, vor dem lokalen Erhitzen der ausgewählten Bereiche des Solarzellensub- strats zumindest in den ausgewählten Bereichen des Solarzel¬ lensubstrats eine Dotierstoff ersten Typs enthaltende, zweite Glasschicht auf der Oberfläche des Solarzellensubstrats auszu¬ bilden und durch das lokale Erhitzen der ausgewählten Bereiche des Solarzellensubstrats den zusätzlichen Dotierstoff aus der zweiten Glasschicht lokal in das Solarzellensubstrat einzudif- fundieren und in dieser Weise die stark dotierten Emitterbereiche auszubilden. Auf diese Weise kann das Ausbilden der ersten Glasschicht und die Eindiffusion von Dotierstoff aus der ersten Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein zum Zwecke des Ausbildens des schwach dotierten Emitters unabhängig von der Ausbildung der stark dotierten Emitterbereiche mittels des lokalen Erhitzens erfolgen. So braucht die erste Glasschicht und deren Dotier¬ stoffgehalt beispielsweise nicht dahin ausgelegt zu werden, dass während des lokalen Erhitzens genügend Dotierstoff für die Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche zur Verfügung steht. Hierdurch ergeben sich vorteilhafte Freiheiten in der Verfahrensführung und für die Optimierung des selektiven Emitters. Zudem kann sich eine aufgrund des Ausbildens der zweiten Glasschicht verlängerte Gesamtaufenthaltsdauer des Solarzel¬ lensubstrats in beheizten Öfen im Einzelfall positiv auf den Wirkungsgrad von aus kristallinen Siliziumsubstraten gefertig- ten Solarzellen auswirken.
Das lokale Erhitzen der ausgewählten Bereiche erfolgt vorzugs¬ weise mittels Laserstrahlung. Als Dotierstoff ersten Typs kann entweder n-Typ-Dotierstoff oder p-Typ-Dotierstoff verwendet werden, insbesondere Phosphor oder Bor.
Als Solarzellensubstrat wird vorzugsweise ein Siliziumsubstrat verwendet . Unter einem schwach dotierten Emitter im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Emitter mit einem Schichtwiderstand von 80 Ω/sq bis 200 Ω/sq zu verstehen. Vorzugsweise wird ein schwach dotierter Emitter mit einem Schichtwiderstand von 80 Ω/sq bis 140 Ω/sq und besonders bevorzugt von 90 Ω/sq bis 130 Ω/sq ausgebildet. In der Praxis haben sich insbesondere schwach dotierte Emitter mit einer Oberflächenladungsträger- konzentration von etwa 5-1019 cm~3 bewährt, welche einen
Schichtwiderstand von etwa 100 Ω/sq aufweisen. Stark dotierte Emitterbereiche im Sinne der vorliegenden Erfindung weisen einen Schichtwiderstand von weniger als 70 Ω/sq auf, vorzugswei¬ se von weniger als 60 Ω/sq.
Als erste oder zweite Glasschicht wird vorzugsweise eine Sili- katglasschicht ausgebildet, insbesondere eine Phosphorsilikat¬ glas- oder eine Borsilikatglasschicht.
Die erste Glasschicht kann durch Ätzen entfernt werden, vor¬ zugsweise durch nasschemisches Ätzen. In diesem Zusammenhang haben sich insbesondere flusssäurehaltige Ätzlösungen bewährt.
Die zweite Glasschicht kann mittels eines Belegschrittes aus¬ gebildet werden, wie er üblicherweise im Rahmen von Röhrendif¬ fusionen, beispielsweise POCI3- oder BBr3-Diffusionen, durchge- führt wird. Vorzugsweise wird die zweite Glasschicht mittels eines POCl3-Belegschrittes ausgebildet. Bei dem verwendeten POCl3-Belegschritt handelt es sich, wie oben dargelegt wurde, um einen an sich bekannten ersten Teilschritt von POCI3- Röhrendiffusionen, welcher teilweise auch als POCl3-Belegung bezeichnet wird. Vorteilhafterweise wird der POCl3-Belegschritt in einem Diffusionsofen durchgeführt. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Verfahrensführung, da keine neuartigen Vorrichtungen erforderlich sind, sondern auf bekannte und bewährte Anlagen zurückgegriffen werden kann, die vergleichsweise aufwandsgünstig erhältlich und betreibbar sind. Anstelle eines POCl3-Belegschrittes kann grundsätzlich auch ein BBr3- Belegschritt vorgesehen werden. Die Verwendung von anderen Dotierstoffquellen als POCI3 und BBr3 ist möglich.
Der POCl3-Belegschritt wird vorzugsweise bei Temperaturen von weniger als 790 °C durchgeführt, besonders bevorzugt bei Tempe¬ raturen von weniger als 770°C. Derart niedrige Temperaturen ermöglichen es, eine Diffusion von inaktivem Phosphor ins So- larzellensubstrat weitgehend zu verringern, idealerweise zu verhindern. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwie¬ sen, den POCl3-Belegschritt bei Temperaturen zwischen 700°C und 750 °C durchzuführen, besonders bewährt haben sich Temperaturen zwischen 725°C und 740°C.
Eine alternative Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass zum Zwecke des Ausbildens der zweiten Glasschicht eine Dotierstoff des ersten Typs enthaltende Flüssigkeit auf die ausgewählten Bereiche aufgebracht und getrocknet wird. Vorzugsweise wird diese Flüssigkeit aufgesprüht oder aufgeschleudert , wobei letzteres teilweise als Aufspinnen bezeichnet wird. Als Do¬ tierstoff des ersten Typs enthaltende Flüssigkeit hat sich insbesondere eine ein- bis zwanzigprozentige Phosphorsäure be¬ währt. Anstelle der Phosphorsäure kann eine dotierstoffhaltige Flüssigkeit im Rahmen eines Sol-Gel-Verfahrens aufgebracht werden .
Eine andere Ausführungsvariante sieht vor, dass die zweite Glasschicht mittels einer chemischen Abscheidung aus der
Dampfphase (CVD) ausgebildet wird, welche vorzugsweise im durchlaufverfahren bei Atmosphärendruck (APCVD) erfolgt. Als Dotierstoffquelle für die Ausbildung der zweiten Glasschicht haben sich in diesem Zusammenhang insbesondere Trimethylphos- phat oder Trimethylphosphit , häufig kurz als TMP bezeichnet, bewährt .
Vorzugsweise erfolgt die chemische Abscheidung aus der Dampf- phase bei einer Temperatur von weniger als 750 °C. Wie oben bereits dargelegt wurde, kann durch eine Beschränkung der Tempe¬ raturen die Eindiffusion von inaktivem Phosphor ins Silizium verringert und idealerweise verhindert werden. Wird eine plas¬ magetriebene Abscheidung aus der Dampfphase (PECVD) verwendet, so erfolgt die Abscheidung vorzugsweise bei Temperaturen von weniger als 500°C.
Bei einer Ausgestaltungsvariante des Verfahrens wird als So¬ larzellensubstrat ein Siliziumsubstrat verwendet. Ferner wird zumindest zeitweise während der Eindiffusion von Dotierstoff aus der ersten Glasschicht in das Solarzellensubstrat eine Si¬ liziumoxidschicht unmittelbar auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet. Sofern die erste Glasschicht zuvor unmittelbar auf dem wenigstens ei- nen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet wurde, wird die Siliziumoxidschicht also an der Grenzfläche zwischen der ersten Glasschicht und dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet. Während und nach der Ausbildung der Siliziumoxidschicht kommt es zur Eindiffusion von Dotierstoff ersten Typs aus der ersten Glasschicht und aus dem Solarzellensubstrat in die Siliziumoxid¬ schicht, sodass diese keine reine Siliziumoxidschicht dar¬ stellt. Im Weiteren wird die Siliziumoxidschicht vor der loka¬ len Eindiffusion des zusätzlichen Dotierstoffs ersten Typs entfernt. Dies erfolgt vorzugsweise zusammen mit dem Entfernen der ersten Glasschicht. Auf diese Weise kann verhindert wer¬ den, dass die lokale Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs aus der zweiten Glasschicht in das Solarzellensubstrat hinein durch die Siliziumoxidschicht behindert wird. Die Siliziumoxidschicht kann ausgebildet werden während eines Eintreibschritts, teilweise auch als Eintreibphase bezeichnet, des Eindiffusionsvorgangs von Dotierstoff aus der ersten Glas- schicht in das Solarzellensubstrat. Der Eintreibschritt wird bei einer Fertigung hocheffizienter Solarzellen üblicherweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Bei Röhrendiffusionen erfolgen Eintreibschritte, beziehungsweise Ein¬ treibphasen, nach dem Belegungsschritt. Der Belegungsschritt wird teilweise auch als Belegungsphase oder schlicht als Bele¬ gung bezeichnet.
Vorteilhafterweise wird die erste Glasschicht im Rahmen einer Röhrendiffusion ausgebildet, vorzugsweise im Rahmen einer P0C13- oder BBr3-Diffusion .
In der Praxis hat es sich bewährt, zumindest den wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats vor dem Ausbilden der ersten Glasschicht mit einer Textur zu versehen. Auf diese Weise kann die Lichteinkopplung in die fertige So¬ larzelle erhöht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines selekti¬ ven Emitters ist kompatibel mit modernen Solarzellenferti- gungsverfahren, welche eine dielektrische Verspiegelung der Rückseite des Solarzellensubstrats vorsehen. Unter Rückseite des Solarzellensubstrats ist dabei diejenige großflächige Sei¬ te des Solarzellensubstrats zu verstehen, welche im Betrieb der fertigen Solarzelle dem einfallenden Licht abgewandt ange- ordnet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in solche So¬ larzellenfertigungsverfahren aufwandsgünstig integriert werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante des vorliegend beschriebenen Verfahrens wird daher auf eine Rückseite des So- larzellensubstrats ein SchichtStapel dielektrischer Schichten aufgebracht .
Vorzugsweise wird die zweite Glasschicht unmittelbar auf der Oberfläche des Solarzellensubstrats ausgebildet. Auf diese
Weise kann verhindert werden, dass die Eindiffusion zusätzlichen Dotierstoffs ersten Typs aus der zweiten Glasschicht in das Solarzellensubstrat durch Objekte behindert wird, welche zwischen der zweiten Glasschicht und der Oberfläche des Solar- zellensubstrats angeordnet sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können verbesserte Solarzellen hergestellt werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Soweit zweckdienlich, sind hierin gleichwirkende Elemen¬ te mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispie¬ le beschränkt - auch nicht im Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figuren¬ beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben oder in der nachfolgenden Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger ge¬ eigneter Kombination mit dem Verfahren und/oder der Solarzelle der unabhängigen Ansprüche kombinierbar . Es zeigen:
Figur 1 Eine schematische Prinzipdarstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 2 Schematische Schnittdarstellungen durch ein das
Verfahren nach Figur 1 durchlaufendes Solarzellensubstrat zu verschiedenen Verfahrenszeitpunkten
Figur 1 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird das Solarzellensubstrat zunächst in an sich bekannter Weise texturiert und gereinigt. Hieran schließt sich eine POCl3-Diffusion 12 an, bei welcher eine erste Phosphorglasschicht ausgebildet, aus der ersten Phosphorglasschicht Dotierstoff eines ersten Typs, vorliegend Phosphor, in das So¬ larzellensubstrat eindiffundiert und in dieser Weise ein schwach dotierter Emitter 58 ausgebildet wird 12. Als Solarzellensubstrat wird vorliegend ein Siliziumsubstrat 50 verwen¬ det .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zudem während eines Eintreibschrittes der POCl3-Diffusion 12 eine Siliziumoxid¬ schicht unmittelbar auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet. Dies kann in einer anderen Ausführungsvariante unterbleiben.
Die erste Phosphorglasschicht wird nachfolgend vollständig entfernt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch ein nasschemisches Ätzen 14 der ersten Phosphorglas- Schicht. Vorliegend wird zusammen mit der ersten Phosphorglas¬ schicht auch die zuvor ausgebildete Siliziumoxidschicht ent¬ fernt. Würde während der POCl3-Diffusion 12 keine Siliziumoxid¬ schicht ausgebildet, so entfällt deren Entfernung. Im Folgenden schließt sich ein POCl3-Belegschritt 16 an, mit¬ tels welchem flächig auf dem gesamten schwach dotierten Emitter eine zweite Phosphorglasschicht 52 ausgebildet wird 16. Die POCl3-Belegung erfolgt vorteilhafterweise in demselben Röh- rendiffusionsofen, in welchem bereits die POCl3-Diffusion 12 durchgeführt wurde. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei der POCl3-Diffusion 12 um eine Diffusion bei niedrigen Drücken handelt, da derartige Niederdruckdiffusionen einen hohen Durchsatz ermöglichen. In einer Linienfertigung ist jedoch vorteilhafterweise für die P0Cl3-Belegung bzw. den POCI3- Belegschritt 16 ein weiterer Röhrendiffusionsofen oder zumindest ein weiteres Diffusionsrohr in dem bereits bestehenden Röhrendiffusionsofen vorgesehen. Eine solche Ofen- oder Rohr- trennung für die verschiedenen Verfahrensschritte erhöht die Stabilität des gesamten Herstellungsverfahrens. Der Phosphor¬ belegschritt 16 und damit die Phosphorbelegung erfolgt im vor¬ liegenden Ausführungsbeispiel bei Temperaturen unter 790 °C, vorzugsweise bei Temperaturen unter 770 °C und besonders be- vorzugt bei Temperaturen zwischen 725 °C und 740 °C.
In Abwandlungen des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird die zweite Phosphorglasschicht durch Aufsprühen oder Aufspinnen und Trocknen einer phosphorhaltigen Flüssig- keit wie Phosphorsäure oder mittels einer chemischen Abschei- dung aus der Dampfphase bei Atmosphärendruck (APCVD) ausgebildet .
Im weiteren Verfahrensverlauf werden ausgewählte Bereiche des Solarzellensubstrats lokal mittels Laserstrahlung 54 erhitzt 18. Durch dieses lokale Erhitzen 18 der ausgewählten Bereiche des Siliziumsubstrats 50 wird zusätzlicher Phosphor aus der zweiten Phosphorglasschicht 52 in das Siliziumsubstrat 50 ein¬ diffundiert. In dieser Weise werden stark dotierte Emitterbe- reiche 60 ausgebildet 18.
Figur 2 illustriert in der schematischen Teildarstellung (a) das Solarzellensubstrat 50 gegen Ende des lokalen Erhitzens 18 des Solarzellensubstrats 50 mittels der schematisch durch Pfeile 54 angedeuteten Laserstrahlung. Zusätzlicher Phosphor ist bereits lokal aus der zweiten Phosphorglasschicht 52 in das Solarzellensubstrat 50 eindiffundiert worden. Infolgedes¬ sen sind die stark dotierten Emitterbereiche 60 in den mittels der Laserstrahlung 54 erhitzten Bereichen bereits ausgebildet.
Figur 2 zeigt ein Solarzellensubstrat 50, welches nur auf der Oberseite mit einer Textur 56 versehen wurde. Grundsätzlich kann jedoch auch ein Solarzellensubstrat, insbesondere ein Si- liziumsubstrat , verwendet werden, welches auf seiner gesamten Oberfläche mit einer Textur versehen ist.
Nach dem lokalen Erhitzen 18 der ausgewählten Bereiche mittels Laserstrahlung 54 wird die zweite Phosphorglasschicht 52 ent- fernt 20. Dies erfolgt vorliegend wiederum mittels eines nass¬ chemischen Ätzens 20.
Im Weiteren wird eine Siliziumnitridschicht 61 auf dem Silizi¬ umsubstrat 50 abgeschieden 22. Diese dient der Passivierung der Oberfläche des Siliziumsubstrats 50 sowie als Antireflexi- onsbeSchichtung .
Nachfolgend werden mittels an sich bekannter Siebdruckverfahren metallhaltige Pasten aufgebracht 24, diese durch das Sili- ziumnitrid 61 hindurchgefeuert 24 und in dieser Weise Front¬ kontakte 62 und Rückkontakte 64 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird zum Zwecke des Ausbildens des Rück- kontakts 64 eine aluminiumhaltige Paste aufgedruckt. Während des Feuerns 24 kann so Aluminium aus dem Rückkontakt 64 in das Solarzellensubstrat 50 eindiffundieren und an der Rückseite den schwach dotierten Emitter 58 überkompensieren. Dabei wird gleichzeitig ein Rückseitenfeld 66, welches häufig als back surface field bezeichnet wird, ausgebildet. In der schemati¬ schen Teildarstellung (b) der Figur 2, welche das Siliziumsub- strat 50 nach Durchlaufen des Verfahrens aus Figur 1 und damit eine fertige Solarzelle zeigt, ist dieses Rückseitenfeld 66 durch eine strichgepunktete Linie angedeutet. Abschließend werden die Frontkontakte 62 und der Rückkontakt 64 elektrisch isoliert. Dies erfolgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Einbringen von Trenngräben 68 mittels Laserstrahlverdampfung. Dieser Vorgang wird üblicherweise als Kantenisolation 26 bezeichnet. Anstelle der Kantenisolation 26 mittels Laserstrahlverdampfung können die Kanten auch mittels eines nasschemischen Ätzens elektrisch isoliert werden. Ein solcher Ätzschritt erfolgt vorzugsweise vor dem Entfernen der zweiten Phosphorglasschicht. Wie oben bereits dargelegt wurde, kann das erfindungsgemäße
Verfahren auch in Verbindung mit einer dielektrischen Verspie- gelung der Rückseite des Solarzellensubstrats Verwendung fin¬ den. In solchen Fällen ist die Art der Rückkontaktgestaltung entsprechend anzupassen.
Bezugs zeichenliste
10 Textur und Reinigung
12 POCl3-Diffusion zur Ausbildung erste Phosphorglasschicht und schwach dotierten Emitter
14 Ätzen erste Phosphorglasschicht und Siliziumoxidschicht
16 POCl3-Belegung zur Ausbildung zweite Phosphorglasschicht
18 lokales Erhitzen mittels Laserstrahlung und Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche
20 Ätzen zweite Phosphorglasschicht
22 Siliziumnitridabscheidung
24 Siebdruck Kontakte und Feuern
26 Kantenisolation
50 Siliziumsubstrat
52 zweite Phosphorglasschicht
54 Laserstrahlung
56 Textur
58 schwach dotierter Emitterbereich
60 stark dotierter Emitterbereich
61 Siliziumnitrid
62 Frontkontakt
64 Rückkontakt
66 Rückseitenfeld
68 Trenngraben

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem selektiven Emitter (58, 60) aufweisend die folgenden Schritte:
- Ausbilden (12) einer Dotierstoff ersten Typs enthaltenden, ersten Glasschicht auf wenigstens einem Teil einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats (50),
- Ausbilden (12) eines schwach dotierten Emitters (58) in von der ersten Glasschicht bedeckten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) durch Eindiffusion (50) von Do¬ tierstoff ersten Typs aus der ersten Glasschicht in das Solarzellensubstrat (50) hinein,
- lokale Eindiffusion (18) zusätzlichen Dotierstoffs ers¬ ten Typs in das Solarzellensubstrat (50) durch lokales Erhitzen (18) ausgewählter Bereiche des Solarzellensub¬ strats (50) zum Zwecke der Ausbildung stark dotierter Emitterbereiche (60),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die erste Glasschicht vor der lokalen Eindiffusion (18) des zusätzlichen Dotierstoffs ersten Typs entfernt wird (14) ,
- vor dem lokalen Erhitzen (18) der ausgewählten Bereiche des Solarzellensubstrats (50) zumindest in den ausge¬ wählten Bereichen des Solarzellensubstrats (50) eine Do¬ tierstoff ersten Typs enthaltende, zweite Glasschicht (52) auf der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) ausgebildet wird (16) und
- durch das lokale Erhitzen (18) der ausgewählten Bereiche des Solarzellensubstrats (50) der zusätzliche Dotier¬ stoff aus der zweiten Glasschicht (52) lokal in das So¬ larzellensubstrat (50) eindiffundiert und in dieser Wei¬ se die stark dotierten Emitterbereiche (60) ausgebildet werden (18). 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 die zweite Glasschicht (52) mittels eines Belegschrit¬ tes (16), vorzugsweise mittels eines POCl3-Belegschrittes (16) oder eines BBr3-Belegschrittes , ausgebildet wird (16).
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 die zweite Glasschicht (52) mittels eines POCI3- Belegschrittes (16) ausgebildet wird und der POCI3- Belegschritt (16) bei Temperaturen von weniger als 790 °C durchgeführt wird (16), vorzugsweise bei Temperaturen von weniger als 770 °C.
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 die zweite Glasschicht (52) mittels eines POCI3- Belegschrittes (16) ausgebildet wird und der POCI3- Belegschritt (16) bei Temperaturen zwischen 700 °C und 750 °C durchgeführt wird (16), vorzugsweise bei Temperatu¬ ren zwischen 725 °C und 740 °C.
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 zum Zwecke des Ausbildens der zweiten Glasschicht eine Dotierstoff des ersten Typs enthaltende Flüssigkeit auf die ausgewählten Bereiche aufgebracht und getrocknet wird.
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 die zweite Glasschicht mittels einer chemischen Ab- scheidung aus der Dampfphase ausgebildet wird, welche vor¬ zugsweise in einem Durchlaufverfahren bei Atmosphärendruck erfolgt .
7. 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 chemische Abscheidung aus der Dampfphase bei einer Temperatur von weniger als 750 °C erfolgt.
8. 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
- als Solarzellensubstrat (50) ein Siliziumsubstrat (50) verwendet wird,
- zumindest zeitweise während der Eindiffusion (12) von Dotierstoff aus der ersten Glasschicht in das Solarzel¬ lensubstrat (50) eine Siliziumoxidschicht unmittelbar auf dem wenigstens einen Teil der Oberfläche des Solar¬ zellensubstrats (50) ausgebildet wird und
- die Siliziumoxidschicht vor der lokalen Eindiffusion
(18) des zusätzlichen Dotierstoffs ersten Typs entfernt wird (14), vorzugsweise zusammen mit der ersten Glas¬ schicht .
9. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die erste Glasschicht im Rahmen einer Röhrendiffusion (12), vorzugsweise einer POCI3- oder einer BBr3-Diffusion, ausgebildet wird (12) .
10. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zumindest der wenigstens eine Teil der Oberfläche des Solarzellensubstrats (50) vor dem Ausbilden der ersten Glasschicht mit einer Textur (56) versehen wird (10).
11. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf eine Rückseite des Solarzellensubstrats ein
SchichtStapel dielektrischer Schichten aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die zweite Glasschicht (52) unmittelbar auf der Ober¬ fläche des Solarzellensubstrats (50) ausgebildet wird (16).
13. Solarzelle hergestellt mit dem Verfahren nach einem der vo¬ rangegangenen Ansprüche.
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