Beschreibung
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p- oder n-Silizium-basiertes Halbleitersubstrat, umfassend zumindest die Verfahrensschritte
A) Ausbilden von mehreren von der Fronseite zur Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen,
B) Erzeugen einer Schicht eines zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps entlang der Frontseite, insbesondere entlang der Frontseite, der Rückseite und in den Durchgangsöffnungen, durch Eindiffundieren eines Dotierstoffs einer Dotierstoffquelle,
C) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Frontseite durch die Durchgangsöffnung hindurch bis zu die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden Kontaktbereichen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p- oder n-dotiertes mono- oder multikristallines Siliziumsubstrat, das die Kombination einer MWT (metal wrap through)- und einer PERC (passivated emitter and rear cell)-Zelle mit geringen Herstellkosten erlaubt.
Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt u.a. von der für die auftreffende Strahlung unbedeckten Frontfläche ab. Da die Frontseitenkontakte jedoch die wirksame Fläche beschränken, sind Rückseitenkontaktzellen entwickelt worden, die als Metal Wrap Through (MWT)- und Emitter Wrap Through (EWT)-Zellen bekannt sind. Bei diesen wird die frontseitige Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, also bei einer
Solarzelle mit p-dotiertem Substrat der n-dotierte Emitter (EWT) und/oder ein metallischer Anschluss an diesen (MWT) durch die von der Frontseite zur Rückseite verlaufenden Durchgangsöffnungen hindurchgeführt, um sodann eine Kontaktierung auf der Rückseite zu ermöglichen. Dabei wird bei den MWT-Zellen zusätzlich eine Metallisierung auf der Frontseite aufgebracht, so dass die Anzahl der benötigten Durchgangsöffnungen deutlich geringer ist. Auf der Rückseite werden sodann die Emitterkontakte von den Kontakten zur Basis elektrisch getrennt, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Ohne diese Trennung kann bei Standard-MWT-Zellen aufgrund des Rückseitenemitters ein Kurzschluss entstehen, der sich mit Hilfe eines Lasergrabens oder durch lokales Rück- ätzen beseitigen lässt. Idealerweise sollte der Emitter nur auf der Frontseite, innerhalb der Löcher und rückseitig um die jeweilige Durchkontaktierungsöffnung herum vorhanden sein, um einen Kurzschluss zwischen Emitterkontakt (incl. Durchkontaktierung) und Basis zu vermeiden. Bei MWT-PERC-Zellen, die rückseitig im Bereich des Emitterkontakts mit einer Isolationsschicht bedeckt sind, entfällt die Notwendigkeit der rückseitigen Emitterbereiche um die Durchkontaktierungsöffnungen herum. Bei EWT- Zellen wird prinzipiell keine Metallisierung in den Durchgangslöchern benötigt. Aus praktischen Gründen der besseren Leitfähigkeit wird allerdings häufig eine teilweise oder vollständige Metallisierung der Durchgangslöcher vorgenommen. Für diese Ausführung einer EWT-Zelle ist die Erfindung ebenfalls anwendbar, wobei eine selektive elektrische Kontaktierung des Emitters, jedoch nicht der Basis erforderlich ist.
Bei MWT-PERC-Zellen kann ein Kurzschluss insbesondere durch den direkten Kontakt des Emitterkontakts zur Basis entstehen, der rückseitig sowohl als auch im Inneren der Durchkontaktierungsöffnung entstehen kann. Dieser Kurzschluss lässt sich bei MWT- PERC-Zellen durch das Einfügen der Passivier Schicht auf der Rückseite sowie auf der Innenseite der Durchkontaktierungen als Isolation zwischen Basismaterial und Emitterkontakt verhindern (WO-A-2009/071561).
Übliche Herstellungsverfahren (z. B. Dross et al. „EVIPACT OF REAR SURFACE PASSIVATION ON MWT-PERFORMANCES", Seiten 1291 - 1294, 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hilton Waikoloa Village, Wai- koloa, Hawaii, May 7-12, 2006; Romijn et al.,„ASPIRE: A NEW INDUSTRIAL
MWT CELL TECHNOLOGY ENABLING HIGH EFFICIENCIES ON THIN AND LARGE MC-SI WAFERS", 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 3. - 7. Sept. 2007, Milan, Italy, Seiten 1043 bis 1049; Romijn et al.: An overview of MWT cells and evolution to the ASPIRe concept: A new integrated mc - Si cell and module design for high-efficiencies, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference (s. 2007), 1. - 5. Sept. 2008, Valencia, Spain, S. 1000 - 1005; Van den Donker et al.: The Starfire project: Towards in-line massproduction of thin high efficiency back- contacted multicrystalline Silicon solar cells, 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 1. - 5. Sept. 2008, Valencia, Spain,S. 1048 - 1050; Clement et al.: Pilotline processing of highly-efficient MWT Silicon solar cells, 25th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6. - 10. Sept. 2010, Valencia, Spain, S. 1097 - 1101) von MWT-PERC-Solarzellen umfassen die folgenden Verfahrensschritte, ohne dass die nachstehend wiedergegebene Reihenfolge zwingend der Schrittfolge entsprechen muss: a) Ausbilden von mehreren, z. B. 16, sich von der Fronseite zur Rückseite erstreckenden Durchgangsöffnungen - auch Viaöffnungen - auch Vias genannt - oder Bohrungen oder Löcher genannt - in einem Halbleitersubstrat (Wafer) eines ersten Leitfähigkeitstyps. b) Texturierung des Wafers, ggf. mit Entfernung von Schäden durch das Sägen der Wafer und/ oder durch die Herstellung der Durchgangsöffnungen. c) Erzeugen einer Schicht eines zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Eindiffundieren eines Dotierstoffs aus einer Dotierstoffquelle entlang der Frontseite durch z. B. POC13-Diffusion oder H3P04- Auftrag mit inline Diffusion. Als alternative Dotierstoffquelle ist jede für Solarzellen verwendete Lösung denkbar. Insbesondere kann auch ein selektiver Emitter, d.h. ein Emitter, der in unterschiedlichen Bereichen ein unterschiedliches Dotierprofil aufweist, verwendet werden (US-A-2010/243040). d) Entfernen von der durch die Diffusion entstandenen Glasschicht.
e) Entfernen des durch den Dotierstoff der Dotierstoffquelle auch auf der Rückseite ausgebildeten Rückseitenemitters in den Bereichen der Rückseite, die als Basis fungieren sollen, ggf. auf der gesamten Rückseite. Dabei kann eine Maskierung zum Schutz des Vorderseitenemitters und/oder zum Schutz der Emitterschicht in den Vias (Durchgangsöffnungen) sowie im Bereich der Emitterkontakte auf der Rückseite verwendet werden (WO -A- 2010/081505). Alternativ kann die Rückseite bereits vor der Diffusion (Schritt c)) durch eine Maske/ Diffusionsbarriere geschützt werden, so dass der Emitter nur in definierten Bereichen entsteht (s. z. B. EP-A-2068369, Thaidigsmann-EUPVSEC-2010). Gleichzeitig oder in einem separaten Schritt kann die Rückseite geglättet werden (Polierätzen). f) Aufbringen einer Passivierschicht, d. h. einer Einzelschicht oder eines Mehrschichtsystems, bestehend z. B. aus Dielektrika oder Halbleitern mit großer Bandlücke, auf die rückseitigen Basisbereiche oder die gesamte Rückseite. Anschließendes Öffnen dieser Passivierschicht in Teilbereichen, die der späteren Kontaktierung der Basis dienen. Letzteres kann beispielsweise in einem Laser- prozess oder mittels einer Ätzpaste erfolgen. Das Öffnen der Passivierschicht kann abhängig von der weiteren Prozessierung auch unterbleiben, insbesondere bei Durchfeuer-Al-Paste und LFC (laser-fired contacts). g) Aufbringen einer Antireflex- Schicht auf der Vorderseite. h) Herstellen von metallischen Verbindungen und deren Anschluss an die entsprechenden Halbleiterbereiche. Das Metall wird häufig in Form einer Siebdruckpaste aufgebracht, die durch anschließendes Sintern (Hochtemperaturschritt) ihre finale Leitfähigkeit sowie den Anschluss ans Halbleitermaterial ausbildet. Alternativ sind auch andere, z. B. thermische/physikalische oder chemische Verfahren zur Metallisierung denkbar. Drei Metallisierungsbereiche werden unterschieden. hl) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung durch die Durchgangsöffnungen (Vias) hindurch (Durchgangsmetallisierung) bis zu den die Durchgangsöff-
nungen rückseitig begrenzenden Kontaktbereichen. Die Herstellung dieser Kontaktbereiche zum Emitter (Emitterkontaktpads) sowie auch die der Kontaktbereiche zur Rückseite, also Basis-Seite, können in einem Schritt und zugleich mit der Herstellung der Durchgangsmetallisierung erfolgen oder auch separat in mehreren Schritten z. B. durch Siebdruck erfolgen. Oft werden die Durchgangsöffnungen von der Rückseite gefüllt, wobei gleichzeitig metallische Emitter- und Basiskontaktpads aufgebracht werden. Für die Füllung der Durchgangslöcher gibt es zwei Alternativen, eine vollständige Füllung des Lochs mit Metall oder eine Metallisierung nur des Randbereiches, wobei ein durchgängiger Hohlraum innerhalb der Metallisierung bestehen bleibt. h2) Herstellen eines entlang der Frontseite verlaufenden Frontseitenkontakts und Anschluss dieses Kontakts an die Durchgangsmetallisierung. h3) Herstellen einer entlang der Rückseite verlaufenden leitfähigen Schicht. Der Kontakt dieser Schicht zur Basis erfolgt in der Regel lokal in den Bereichen, in denen die Passivierschicht eine Öffnung zur Basis hat. Dies kann durch Aufbringen einer nicht-Durchfeuerpaste auf Teile der oder die gesamte Rückseite erfolgen, die dann in den zuvor geöffneten Bereichen der Passivierschicht einen Kontakt erzeugt (Dross 2006). Alternativ kann eine Durchfeuerpaste auf die Bereiche aufgebracht werden, an denen ein Kontakt entstehen soll (Romijn 2007). Oder das Material wird auf die gesamte oder Teile der Rückseite aufgebracht und die lokalen Kontakte werden mit Hilfe von LFC (laser-fired contacts) erzeugt (Clement 2010). i) Sinterung der Metallkontakte in einem oder mehreren Schritten, ggf. bei unterschiedlichen Temperaturen. Hierdurch entsteht insbesondere auf der Rückseite in den geöffneten Bereichen der Passivierschicht ein lokales Rückseitenfeld, das so genannte lokale BSF (back surface field).
Weitere Verfahren zur Herstellung von MWT- Solarzellen sind der US-A- 2010/70243040 oder der WO-A-2010/081505 zu entnehmen.
In mehreren Veröffentlichungen wird die Notwendigkeit zur Strukturierung des Rückseitenemitters, beispielsweise durch selektive Entstehung oder Entfernung des Rückseitenemitters erwähnt. Dabei ist es erforderlich, dass, um die passivierende Wirkung der dielektrischen Schicht ausnutzen zu können, zuvor eine gegebenenfalls vorliegende Rückseitenschicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, also bei einem p-Silizium- basierten Wafer die n-dotierte Emitterschicht entfernt wird. Beim chemischen Rückät- zen des Rückseitenemitters tritt jedoch das Problem auf, dass das Ätzmedium in die Löcher eintritt oder gar durch die Löcher hindurchtritt. Somit ist nicht ausgeschlossen, dass der Emitter im Loch, im rückseitigen Kontaktbereich und/oder auf der Frontseite bereichsweise abgeätzt wird mit der Folge, dass der Wirkungsgrad der Zelle negativ beeinflusst wird. Durch die vollständige oder teilweise Entfernung des Rückseiten- und/oder Lochemitters besteht die Gefahr eines Kurzschlusses durch Kontakt der Viametallisierung mit der Basis. Durch die teilweise oder vollständige Entfernung des Vorderseiten- und/oder Lochemitters besteht darüber hinaus die Gefahr eines Kurzschlusses durch den Kontakt der Vorderseitenmetallisierung mit der Basis. Die auf der Vorderseite typischerweise eingesetzten aggressiven Metallpasten können nach dem Sinterschritt durch den unvollständigen Emitter hindurch die Basis kontaktieren. Ein Anätzen des Vorderseitenemitters ist also unbedingt zu vermeiden.
In der WO-A-2010/081505 (DE-A-10 2009 005 86) wird vorgeschlagen, nach der Diffusion und Glasentfernung eine Maskierungsschicht auf die Emitterseite aufzutragen, um den Emitter im nachfolgenden Ätzschritt zu schützen. Durch den Ätzschritt soll ein einseitiger Materialabtrag stattfinden, wobei unerwünschte Emitterbereiche sowohl von der Rückseite als auch von den Seitenflächen der Wafer entfernt werden sollen. Als Maskierung wird Siliziumnitrid verwendet, welches nur bedingt resistent gegen bestimmte Ätzlösungen ist.
Durch die Ätzlösung - bestehend hauptsächlich aus Salpetersäure und Flusssäure - wird das Siliziumnitrid ebenfalls angegriffen. In der WO-A-2010/081505 wird daher vorgeschlagen, die Ätzlösung aufzuwalzen, um auf diese Weise den Angriff auf die Emitterseite und das Siliziumnitrid zu verhindern.
Zusätzlich werden die Emitterbereiche in den Durchgangsöffnungen und den daran angrenzenden Gebieten gesondert behandelt. Bei Durchgangsöffnungen für MWT-Zellen wird vorgeschlagen, vor dem Ätzschritt eine ätzresistente Maskierung zu verwenden. Der Emitter auf den Bohrungswänden und in einem kleinen Umkreis um die Bohrung auf der Unterseite (Fläche des Emitter- oder n - Kontaktes) wird so vor dem Ätzangriff geschützt.
Die Aufbringung der Füllung/ Maskierung und deren Entfernung nach dem Ätzen bedeuten einen zusätzlichen Aufwand in der Herstellungssequenz.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Rückseitenemitter ohne Maske zu entfernen. Dadurch entsteht jedoch eine Kurzschlussgefahr zur Basis. Dies kann durch eine isolierende Beschichtung (WO-A-2009071561) oder durch Ausfüllen der Öffnungen mit Pfropfen erfolgen, deren elektrische Leitfähigkeit vom Mittenbereich zu den Wandungen der Öffnungen hin abnimmt (nicht vorveröffentlichte WO-A-2012/026812).
Ein nasschemisches Rückätzen zum Entfernen des Rückseitenemitters ist möglich. Die Schwierigkeit dabei ist, den Prozess so zu steuern, dass möglichst nur die gewünschten Bereiche, insbesondere die Rückseite, geätzt werden, die Oberseite des Wafers aber nicht angegriffen wird. Insbesondere begünstigen hydrophile Oberflächen wie Phosphorsilikat- oder Borsilikatglas sowie Siliziumoxid- und Siliziumnitridschichten das Kriechen der Ätzlösung über die Seitenflächen und die Lochinnenflächen auf die Waferoberseite.
Durchgangsbohrungen im Siliziumsubstrat, wie sie unter anderem für die MWT - Zellstruktur benötigt werden, wirken wie eine Kapillare oder zumindest als Verbindungspfad, so dass die Ätzlösung verstärkt auf die Waferoberseite gelangt und den frontseitigen Emitter beschädigt.
Das Kriechen der Ätzlösung auf die Oberseite über die Seitenflächen kann durch geeignete prozesstechnische Maßnahmen auf ein akzeptables Maß minimiert werden. Die Frontseitenmetallisierung ist üblicherweise mindestens einen Millimeter von der Wafer- kante entfernt, eine Anätzung des Emitters in diesem Randbereich hat daher keinen
Kurzschluss zur Folge. Geeignete Prozessausführungen sind z. B. in der WO-A- 2005/093788 oder der DE-A-10 2005 062 527 oder der WO-A-11/04789 beschrieben.
Eine weitere Maßnahme, die dem Kriechen der Ätzlösung auf die Waferoberseite entgegenwirkt, ist die Erhöhung der Viskosität der Ätzlösung.
Im Falle von MWT - Durchgangsbohrungen reichen die prozesstechnischen Maßnahmen alleine nicht aus, um die Emitterseite zu schützen. Durch die Bohrungen wird die Ätzlösung stärker auf die Waferoberseite gezogen als nur über die Seitenflächen. Ein Anätzen des Emitters im Randbereich auf der Vorderseite ist wegen der sich in der Regel nicht bis zum Rand erstreckenden Metallisierung problemloser als im Bereich um die Kontaktlöcher, da dort eine lokal vollflächige Kontaktstruktur aufgebracht wird. Die Frontseitenmetallisierung schließt direkt an die Metallisierung der Durchgangsbohrungen an, es gibt keine„Pufferzone", in der eine geringfügige Anätzung des Emitters nicht nachteilig für die Funktion und Effizienz der Solarzelle wäre.
Um einen Rückseitenemitter nicht entfernen zu müssen, kann seine Entstehung lokal oder auf der gesamten Rückseite verhindert werden. Dies kann z.B. mit Hilfe einer Dif- fusionsbarriere erfolgen.
Die Diffusionsbarriere muss entweder strukturiert werden oder maskenfrei mit einem anderen Verfahren kombiniert werden.
In der EP-A-2 068 369 ist die Aufbringung einer Oxidschicht z. B. mittels APCVD auf der Waferunterseite und in den Bohrungen beschrieben.
Die Aufbringung einer Diffusionsbarriere mittels thermischer Oxidation ist ebenfalls bekannt.
Sofern eine Isolation der Durchgangsöffnungen zur Vermeidung von Kurzschlüssen verwendet werden soll, ergeben sich folgende Nachteile. Das Dielektrikum muss auf der gesamten Innenseite des Lochs aufgebracht werden. Bei Abscheidung aus der Gasphase
ist grundsätzlich die Eintrittsseite dicker beschichtet und in die Durchgangsöffnung hinein nimmt die Dicke bis zur anderen Seite hin ab. Daraus ergibt sich ein hoher Materialverbrauch, um die erforderliche isolierende Schichtdicke auch an der dünnsten Stelle zu erreichen. Zusätzlich ist der Prozess schlecht kontrollierbar.
Alle bekannten Verfahren zur Herstellung von MWT - PERC - Zellen erfordern präzise definierte Emitterbereiche, die nur mittels zusätzlicher Maskierungs- bzw. Strukturie- rungsprozesse erzeugt werden können oder eine definierte isolierende Beschichtung der Lochinnenseite.
Ein Ausschnitt einer MWT-Zelle, bei der die Technologie der PERC -Zellen zur Anwendung gelangt ist, ist der Fig. 1 zu entnehmen. Im Ausschnitt ist ein p-Silizium- basierter Wafer 10 dargestellt, der eine Basis 12 bildet. Nach Ausbildung der Durchgangsöffnungen 16 und nach Texturierung und optionalem Polierätzen der Rückseite des Wafers 10 wird typischerweise mittels einer Phosphordotierstoffquelle frontseitig eine Emitterschicht 14 ausgebildet, die sich ebenfalls in den zuvor ausgebildeten Durchgangsöffnungen 16, den sogenannten Vias, sowie auf der Rückseite ausbildet. Mithilfe geeigneter Maskierung wird sodann die sich entlang der Rückseite ausgebildete Emitterschicht abgeätzt, wobei zumindest bereichsweise auch ein Abätzen im rückseitigen Bereich um die Durchgangsöffnungen 16 erfolgt. Ist dies nicht gewünscht, so werden die entsprechenden Bereiche durch eine Maske geschützt oder die Entstehung des Rückseitenemitter wird in den unerwünschten Bereichen bereits durch eine Diffusionsbarriere verhindert. In einem weiteren Schritt wird das bei der Emitterherstellung entstandene Phosphorsilikatglas (PSG) entfernt. Bei Benutzung einer zusätzlichen Maskierung wird diese ebenfalls entfernt. Sodann wird ein Dielektrikum (Isolierung) auf die Rückseite des Wafers 10 aufgebracht, das sich teilweise auch parasitär bis in die Durchgangsöffnungen 16 hinein ausbilden kann. Erfolgt die Isolation mit Hilfe dieses Dielektrikums, so kann auf die Ausbildung des Emitters im Loch verzichtet werden. Vor oder nach dem Aufbringen des Dielektrikums auf der Rückseite wird eine Antireflex- schicht wie Silizium-Nitrid-Schicht 22 auf der Vorderseite abgeschieden. Zwischen den beiden Schritten kann ein Reinigungs schritt erfolgen. Typischerweise wird sodann in die Durchgangsöffnung 16 bis zum rückseitigen Bereich ein elektrisch leitendes Materi-
al eingebracht, wobei gleichzeitig Löt-Pads auf der Rückseite aufgebracht werden. An die Durchgangsmetallisierung 16 wird frontseitig die Front- oder Vorderseitenmetallisierung 17 angeschlossen, die ihrerseits den Emitter 14 kontaktiert. Schließlich wird auf der Rückseite, jedoch elektrisch isoliert von den die Durchgangsöffnungen 16 durchsetzenden elektrisch leitenden Durchkontaktierungen die Rückseite mit einer Aluminium- Rückseitenschicht versehen, wobei im nachfolgenden Sinterschritt in zuvor geöffneten Bereichen des Dielektrikums ein Back Surface Field (Bereiche 18) im Silizium ausgebildet wird.
Die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte sind bei der Herstellung von Rückseitenkontakts olarzellen üblich, wobei die einzelnen Verfahrensschritte in ihrer Reihenfolge ausgetauscht werden können. Unabhängig hiervon ist der Fig. 5a der prinzipielle Verfahrensablauf zur Herstellung einer MWT-PERC -Zelle zu entnehmen.
Da ein Emitter in den Durchkontaktierungsöffnungen 16 den Kontakt zwischen der Durchgangsmetallisierung und der Basis 12 verhindert, ist es grundsätzlich nicht erforderlich, dass die sich in den Durchgangsöffnungen 16 ausgebildete Emitterschicht entfernt wird. Wie anhand der Fig. 2 verdeutlicht wird, tritt jedoch beim chemischen rückseitigen Abätzen der Emitterschicht das Problem auf, dass die Ätzflüssigkeit durch die Durchgangsöffnungen 16 bis hin zur frontseitig verlaufenden Emitterschicht 14 hindurchtritt, so dass diese teilweise weggeätzt wird. Die Ätzflüssigkeit ist rein prinzipiell mit dem Bezugszeichen 24 in Fig. 2 gekennzeichnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache MWT- bzw. MWT - PERC - Zellstruktur, für die keine präzise definierten Emitterbereiche notwendig sind, sowie ein entsprechend einfaches Verfahren zur Herstellung derselben zur Verfügung zu stellen. Maskierungs- und Strukturierungsschritte sollen entfallen. Auch soll ein Verfahren zur Herstellung einer Rückseitenkontaktsolarzelle zur Verfügung stehen, bei der mit herstellungstechnisch einfachen und kostengünstigen Maßnahmen sichergestellt ist, dass die Durchkontaktierung zwischen frontseitiger Metallisierung und Rückseite der Solarzelle, also die elektrisch leitende Verbindung zum Emitter, die Basis nicht kontaktiert.
Zur Lösung eines Aspektes der Erfindung sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere n- oder p-Silizium-basiertes Halbleitersubstrat, umfassend zumindest die Verfahrensschritte
A) Ausbilden von mehreren von der Fronseite zur Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen,
B) Erzeugen einer Schicht eines zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp entlang der Frontseite, insbesondere entlang der Frontseite, der Rückseite und in den Durchgangsöffnungen, durch Eindiffundieren eines Dotierstoffs einer Dotierstoffquelle,
C) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Frontseite durch die Durchgangsöffnung hindurch bis zu den die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden Kontaktbereichen, vor, das sich im Wesentlichen dadurch auszeichnet,
D) dass beim Herstellen der entlang der Frontseite verlaufenden Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zusätzlich eine Opferschicht auf der Schicht ausgebildet wird und anschließend zumindest auf der Rückseite, insbesondere sowohl in den Durchgangsöffnungen als auch auf der Rückseite, vorhandene Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bei gleichzeitigem Ätzen der Opferschicht im erforderlichen Umfang abgeätzt wird und/oder
E) dass zumindest die auf der Rückseite verlaufende Schicht, insbesondere sowohl die auf der Rückseite als auch in den Durchgangöffnungen, des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Einwirken eines Ätzmediums von der Rückseite her im erforderlichen Umfang abgeätzt wird, wobei gleichzeitig ein der Ätzwirkung des Ätzmediums auf der Frontseite entgegen-
wirkendes Medium von der Frontseite her einwirkt und/oder von der Frontseite her die Durchgangsöffnungen mit einem Fluid druckbeaufschlagt werden.
Es ist demnach vorgesehen, dass beim Herstellen der entlang der Frontseite verlaufenden Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (Schritt B) eine Opferschicht auf der Schicht ausgebildet wird. Diese kann bei Verwendung einer Phosphor enthaltenden Dotierstoffquelle zugleich mit dem PSG (Phosphorsilikatglas) oder auch getrennt, beispielsweise durch nachfolgende Oxidation gebildet werden.
Ferner wird die auf der Rückseite vorhandene Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (Rückseitenemitter) durch Einwirken eines Ätzmediums von der Rückseite her zumindest in den später zu passivierenden Bereichen abgeätzt. Die frontseitige Opferschicht wird bei diesem nasschemischen Entfernen des Rückseitenemitters aufgrund des durch die Durchgangsöffnungen hindurchtretenden Ätzmediums angeätzt, aber nur soweit durchgeätzt/ entfernt, dass der darunter liegende Emitter ausreichend geschützt bleibt. Der Emitter im Bereich der Durchgangsmetallisierung kann dabei ebenfalls angeätzt oder entfernt werden.
Alternativ oder auch nach Ausbildung der Opferschicht kann ein der Ätzwirkung des Ätzmediums auf der Frontseite entgegenwirkendes Medium von der Frontseite her einwirken und den Emitter vor dem Angriff durch die Ätzlösung schützen. Auch besteht die Möglichkeit, ein Hindurchtreten der Ätzlösung durch die Durchgangsöffnungen dadurch zu ver- bzw. behindern, dass von der Vorderseite die Durchgangsöffnungen mit einem Fluid, insbesondere Gas wie z. B. Druckluft beaufschlagt werden.
Unabhängig hiervon ist anzumerken, dass der Verfahrensschritt C) (Herstellen der Durchgangskontaktierungen) nach dem Entfernen der rückseitig verlaufenden Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durchgeführt wird.
Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, dass beim Herstellen der entlang der Frontseite verlaufenden Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eine Opferschicht ausgebildet wird, die entweder vor dem, während des oder nach dem Diffusionsprozess in entsprechender Dicke entsteht oder abgeschieden wird oder aus einer zusätzlichen Schicht besteht, und dass anschließend die auf der Rückseite vorhandene Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps bei gleichzeitigem Undefiniertem Abätzen der Schicht in der Durchgangsöffnung und der Opferschicht abgeätzt wird und/oder während die auf der Rückseite und den Durchgangsöffnungen verlaufende Schicht des zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps durch Kontakt der Waferunterseite mit einer Ätzlösung abgeätzt wird, die Waferoberseite durch Aufbringen einer das das die Durchgangsöffnungen hindurchtretende Ätzmedium in seiner Ätzwirkung abschwächende oder neutralisierende Flüssigkeit geschützt wird.
Die Erfindung zeichnet sich durch Maßnahmen aus, die das Entfernen der rückseitigen Schicht des zum Leitfähigkeitstyp des Halbleitermaterials entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps betreffen, ohne dass die frontseitige Schicht des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps merklich angegriffen wird.
Das Entfernen ist notwendig, um rückseitig auf das Substrat die zur Bildung einer PERC -Zelle benötigte dielektrische Schicht auftragen zu können, die aus einem Material besteht, das in der EP-B-2 068 369 beschrieben ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen wird. Insbesondere enthält bzw. besteht das dielektrische Material aus einer Doppelschicht aus Siliziumoxid oder Aluminiumoxid mit einer Siliziumnitrid-Deckschicht.
Aus Gründen der Vereinfachung wird nachstehend die frontseitig ausgebildete Schicht des zum Halbleitersubstrat entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps als Emitterschicht bezeichnet. Auch wird von einem p-Silizium-basierten Halbleitermaterial ausgegangen. Für andere Halbleitermaterialien und Leitfähigkeitstypen gelten entsprechende Maßnahmen, ohne dass es weitergehender Erläuterungen bedarf.
So ist insbesondere vorgesehen, dass bei der Ausbildung einer Opferschicht, die bei einem p-Silizium-basierten Halbleitersubstrat insbesondere eine Phosphorsilikatglasschicht ist, in einer Dicke hergestellt wird, dass beim Abätzen der rückseitigen Emitterschicht die frontseitige Emitterschicht geschützt ist; denn das auf die Rückseite aufzubringende Ätzmedium dringt - wie zuvor erläutert - durch die Durchgangsöffnungen hindurch bis zur Frontseite, und würde andernfalls den Emitter angreifen.
Um die Opferschicht auszubilden, wird ein langer Inline- oder Rohrofen- Diffusionsprozess und/oder ein Oxidations schritt durchgeführt werden. Unter einem langen Inline-Diffusionsprozess versteht man einen solchen, der über eine Plateau- Zeitdauer von mehr als 20 Min. durchgeführt wird. Dabei wird auf das Substrat bzw. den Wafer verdünnte Phosphorsäure als Dotierstoffquelle aufgetragen. Insbesondere versteht man hierunter einen Diffusionsprozess mit einer Plateauzeit (Zeit auf der höchsten Temperatur, wobei dies auch ein Temperaturverlauf sein kann) von 25 min bis zu 2h, vorzugsweise 40 bis 100 min, insbesondere eine Zeitdauer von 55 min bis 90 min, in N2 mit 0-100% 02, insbesondere mit 0 - 40 % 02, wobei die in die Gasphase übergehende Dotierstoffquelle (H3P04, H20) vernachlässigt ist. Für einen Rohrofen- Diffusionsprozess gelten die gemachten Angaben entsprechend für die Eintriebsphase ohne POC13-Gas, wobei ein geringer Anteil von POC13-Gas nicht störend wirkt. Gleichzeitig oder anschließend kann eine nasse Oxidation stattfinden. Hierzu wird die Gas -Atmosphäre zumindest teilweise durch H20-Dampf ersetzt (0 bis 100 % H20- Dampf). Für die Inline-Diffusion ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass das rückseitige PSG typischerweise dünner ausgebildet ist als das vorderseitige. Dadurch wird die rückseitige PSG-Schicht entsprechend schneller entfernt als die vorderseitige Opferschicht.
Wird sodann von der Rückseite her die dort vorhandene Emitterschicht abgeätzt und dringt Ätzmedium durch die Durchgangsöffnungen zur Frontseite hindurch, so wird die Opferschicht angegriffen, so dass der Emitter ausreichend lange geschützt ist.
Dabei wird insbesondere eine Opferschicht vorzugsweise in Form von PSG einer Dicke zwischen 20 nm und 1 μιη ausgebildet, vorzugsweise mit einer Dicke von 40 nm - 500
nm, noch mehr vorzugsweise mit einer Dicke von 60 nm - 200 nm, die bei Einsatz eines Ätzmediums sicherstellt, dass nach vollständigem Entfernen der rückseitigen Emitterschicht der frontseitige Emitter nicht oder nicht merklich angegriffen wird. Insbesondere wird der frontseitige Emitter ausreichend wenig angegriffen, um in der nachfolgenden Metallisierung der Frontseite gegen Durchfeuern geschützt bleibt.
Nach einem alternativen Lösungsschritt ist vorgesehen, dass der Emitter auf der Vorderseite und/oder in der Durchgangsöffnung beim Rückätzen dadurch geschützt wird, dass geringe Mengen des Ätzmedium, das durch die Durchgangsöffnungen zur Frontseite gelangt, durch Verdünnung oder Neutralisierung des Ätzmediums mit einer von der Frontseite her aufgebrachten Flüssigkeit zumindest die frontseitige Emitterschicht nicht angreifen kann. Andere gleichwirkende Maßnahmen sind die Variation der Eigenschaften der Ätzlösung selbst, so dass sie nur in geringerem Maße durch die Löcher hindurchtritt. Dies kann durch Erhöhung der Viskosität erfolgen.
Zur Lösung eines weiteren Aspekts sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem eine Front- und eine Rückseite aufweisenden Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, insbesondere p- Silizium-basiertes Halbleitersubstrat, umfassend zumindest die Verfahrens schritte
A) Ausbilden von mehreren von der Fronseite zur Rückseite sich erstreckenden Durchgangsöffnungen,
B) Erzeugen einer Schicht eines zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zumindest entlang der Frontseite durch Eindiffundieren eines Dotierstoffs aus einer Dotierstoffquelle,
C) Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Frontseite durch die Durchgangsöffnung hindurch bis zu die Durchgangsöffnungen rückseitig begrenzenden Kontaktbereichen, sich dadurch auszeichnet, dass
F) zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung gemäß Verfahrensschritt C) ein Material verwendet wird, das gegenüber dem Halbleitersubstrat (Basis) im Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps isolierende Eigenschaften ausbildet.
Gemäß der Erfindung wird eine Isolation in den Durchgangsöffnungen erzeugt, die nicht auf einer gesonderten Beschichtung innerhalb der Durchgangsöffnungen und in dem rückseitigen Bereich des Substrats basiert, sondern darauf, dass die Metallisierung in der Durchgangsbohrung während des Sinterns keinen leitenden Kontakt zum Substrat bildet, so dass man von einer nicht - kontaktierenden Paste sprechen kann. Bei diesem Material handelt es sich insbesondere um eine Paste, die im Kontaktbereich zu dem Substrat die erforderlichen dielektrischen Eigenschaften ausbildet. Die Rückseite kann zusätzlich mit Hilfe des passivierenden Dielektrikums geschützt sein, wie dies bei PERC-Zellen der Fall ist.
Auch wenn sich die Erfindung grundsätzlich auf MWT-PERC -Zellen bezieht, kann zumindest der Verfahrens schritt F) auch für eine Standard-MWT-Zelle benutzt werden. Insbesondere können bei einer Standard-MWT-Solarzelle die Verfahrens schritte D) und/oder E) in Kombination mit F) durchgeführt werden.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass als das die Durchgangsöffnungen durchsetzende Material eine Paste verwendet wird, die Glaspartikel, Silberpartikel und organische Stoffe enthält.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass als Paste eine solche verwendet wird, bei der die Silberpartikel zu 80 % bis 100 % aus Flakes bestehen, die eine mit Laserbeugung bestimmte Größenverteilung von D90 im Beriech von 1 μιη bis 20 μιη, vorzugsweise im Bereich von 2 μιη bis 15 μιη und insbesondere im Bereich zwischen 5 μιη und 12 μιη aufweisen.
Bevorzugterweise schlägt die Erfindung vor, dass als Paste eine solche verwendet wird, bei der die Glaspartikel eine mit Laserbeugung bestimmte Größenverteilung von D90
im Bereich von 0,5 μιη bis 20 μιη, vorzugsweise im Bereich zwischen 1 μιη und 10 μιη, insbesondere im Bereich zwischen 3 μιη und 8 μιη aufweisen.
In Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass für die Glaspartikel ein Glas verwendet wird, das bleifrei ist und eine Glaserweichungstemperatur im Bereich zwischen 350 °C und 550 °C, insbesondere im Bereich zwischen 400 °C und 500 °C aufweist.
Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass eine Paste verwendet wird, deren Feststoffanteil im Bereich zwischen 80 Gew.- und 95 Gew.- , vorzugsweise im Bereich zwischen 84 Gew.-% und 90 Gew.-% liegt.
Auch ist hervorzuheben, dass eine Paste verwendet wird, deren Glasanteil im Bereich zwischen 1 Gew.- und 15 Gew.- , vorzugsweise im Bereich zwischen 4 Gew.- und 12 Gew.- , insbesondere im Bereich zwischen 8 Gew.- und 10 Gew.- liegt.
Hinsichtlich Silberpartikel, die die Form von Flakes aufweisen, ist anzumerken, dass man hierunter Silberpartikel mit schuppen- bzw. plättchenartigen Geome-trien versteht.
Dabei kann die Paste von der Rückseite her in Durchgangsöffnungen eingebracht werden. Sobald das elektrisch leitende Material, das gegenüber dem Halbleitersubstrat die isolierenden Eigenschaften aufweist, eingebracht ist, werden sodann in gewohnter Weise die Frontseitenmetallisierung und die Rückseitenaluminiumschicht ausgebildet, wobei erwähntermaßen die Reihenfolge der Verfahrens schritte zur Herstellung der Frontseitenmetallisierung und des Rückseitenkontakts nicht zwingend durch die zuvor wiedergegebene Reihenfolge vorgegeben sein muss. In der anschließenden thermischen Behandlung - wie bei einem typischen Sinterprozess - wird die auch isolierende Paste ausgehärtet.
Insbesondere wird die Paste über eine Zeit zwischen lsec und 20sec bei einer Wafer- temperatur von > 700°, vorzugsweise 700 °C bis 900 °C, insbesondere 750 °C bis 850 °C, in einer Stickstoffatmo Sphäre oder einer aus Stickstoff und bis zu 40% Sauerstoff bestehenden Atmosphäre ausgehärtet.
Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Pastenmaterials zur Bildung der Durch- gangskontaktierung bei gleichzeitiger Isolierung gegenüber der Basis ist nicht nur für MWT-PERC -Zellen anwendbar, sondern auch für reine MWT-Zellen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer Rückseitenkontaktsolarzelle nach dem Stand der
Technik,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Halbleitersubstrats bei der Herstellung einer Rückseitenkontaktsolarzelle,
Fig. 3a), b) Ausschnitte einer erfindungsgemäßen MWT-PERC-Rückseiten- kontaktsolarzelle,
Fig. 4 einen Ausschnitt eines Halbleitersubstrats während eines erfindungsgemäßen Verfahrensschritts und
Fig. 5a), b) wesentliche Verfahrens schritte zur Herstellung einer Rückseitenkontaktsolarzelle im Fließbild.
Den Fig. 3a), 3b) ist ein Ausschnitt einer MWT-PERC-Zelle zu entnehmen. In einem im Ausführungsbeispiel p-leitenden Siliziumsubstrat 212 werden Durchgangsöffnungen 216 insbesondere durch Lasern hergestellt, wie dies bei MWT-Zellen üblich ist. Nach anschließender Texturierung wird mittels einer Phosphordotierstoffquelle wie gasförmiges POCI3- oder flüssiger H3P04-Lösung frontseitig eine Emitterschicht 214 ausge-
bildet, die herstellungsbedingt auch auf der Rückseite der Basis 212 und in den Durchgangsöffnungen 216 entstehen kann, ggfs. mit unterschiedlichen Dicken. Wie nachstehend erläutert wird, ist erfindungs gemäß vorgesehen, dass frontseitig eine Opferschicht aufgebracht wird. Unabhängig hiervon wird die während des Diffusionsprozesses entstehende PSG (Phosphorsilikatglas)-Schicht mit z. B. einer HF-haltigen Lösung entfernt. Sodann kann eine Antireflex Schicht 222 aufgebracht werden. Schließlich wird in die Durchgangsöffnungen 216 eine Paste eingebracht, die die Durchgangsöffnungen durchsetzt und sich von der Frontseite des Substrats 212 bis zur Rückseite und bereichsweise entlang dieser - und zwar um die Öffnung herum - erstreckt, wie die Prinzipdarstellung verdeutlicht. Dabei kann die Paste die Eigenschaften aufweisen, dass diese nach dem Aushärten bzw. Sintern gegenüber dem p-leitenden Substrat 212, also der Basis, isolierende Eigenschaften aufweist, ansonsten die erforderliche Durchgangsmetallisierung 215B bildet, wie diese bei MWT-Zellen erforderlich ist, um elektrische leitende Verbindungen von dem frontseitigen Emitter zu der Rückseite hin herzustellen. Vor Einbringen der Paste bei Entfernen der PSG-Schicht werden entsprechend der nachstehend erfolgten Erläuterungen rückseitig vorhandene Emitterbereiche entfernt, damit eine zur Funktion einer PERC-Zelle erforderliche dielektrische Schicht aufgebracht werden kann. Hierbei kann es sich um ein Oxid handeln, wie dieses der EP-A-2 068 369 zu entnehmen ist, auf deren Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird. Insbe- sodere besteht die dielektrische Schicht 224 aus einem Schichtsystem aus Aluminiumoder Siliziumoxid mit einer Siliziumnitrid-Deckschicht.
Der Verfahrensverlauf zur Herstellung der MWT-PERC-Zelle entsprechend der Fig. 3a, 3b ergibt sich aus der Fig. 4b. So wird nach Aufbringen der Antireflex Schicht 222 die Rückseite passiviert, wobei die Schicht 224 abgeschieden wird. Sodann wird in die Durchgangsöffnungen 216 die erfindungsgemäße Paste eingebracht, die die Durchgangsöffnungen 216 vollständig ausfüllen kann. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Paste derart ausgebildet ist, dass im Mittenbereich eine Durchgangsöffnung entsteht, also eine sogenannte„Seele" vorhanden ist. Anschließend wird in gewohnter Wiese die Frontseitenmetallisierung 217 sowie die Rückseitenmetallisierung (Metallschicht 220) aufgebracht, wobei Öffnungen in der dielektrischen Schicht 224 zur
Bildung lokaler Back-Surface-Field-Bereiche 220B führen. Hierzu erfolgen in gewohnter Weise Wärmebehandlungsschritte, um eine Sinterung zu ermöglichen.
Um beim Entfernen der frontseitig verlaufenden PSG-Schicht und der Emitterbereiche auf der Rückseite des Substrats den frontseitigen Emitter 214 nicht anzugreifen, werden erfindungsgemäß Maßnahmen durchgeführt, wie diese prinzipiell anhand der Fig. 4a und 4b beschrieben werden.
In den Fig. 4a, 4b ist rein prinzipiell ein Halbleitersubstrat dargestellt, das aus Gründen der Vereinfachung als p-Silizium-basiertes Halbleitersubstrat bezeichnet wird, das eine Basis 312 aufweist. Vor der Texturierung werden Durchgangsöffnungen 316 mittels Laserprozess hergestellt und werden sodann insbesondere mittels einer Phosphordotierstoffquelle wie gasförmiges POCL3 oder flüssiger H3P04-Lösung frontseitig eine Emitterschicht 314 ausgebildet, die herstellungsbedingt auch auf der Rückseite der Basis 312 und in den Durchgangsöffnungen 316 entsteht, ggf. mit unterschiedlicher Dicke.
Durch einen Diffusionsprozess bzw. Oxidationsschritt mit einer Plateauzeit von 25 min bis 120 min, insbesondere 40 min bis 100 min, besonders bevorzugt 55 min bis 90 min, in einer N2-Atmosphäre mit 0 % bis 40 % 02, insbesondere Trockenluft (20 % 02 in N2) oder angereichert mit H20-Dampf bei einer Temperatur von 700 °C bis 1100 °C, insbesondere von 700 bis 900 °C bei einem multikristallinen Halbleitersubstrat bzw. bei einer Temperatur von mehr als 850 °C, insbesondere mehr als 900 °C, bevorzugterweise von mehr als 1000 °C bei einem monokristallinen Siliziumsubstrat, wird auf dem Emitter 314 eine Opferschicht 308 in Form einer Phosphorsilikatglasschicht auf Grund der verwendeten Dotierstoffquelle ausgebildet, die eine Dicke D mit 20 nm < D < 1 μιη, insbesondere 40 nm < D < 500 nm, besonders bevorzugt 60 nm < D < 200 nm aufweist. Alternativ kann diese Schicht auch zuvor in ausreichender Dicke abgeschieden und selbst als Dotierstoffquelle verwendet oder in einem nachfolgenden Oxidationsschritt erzeugt werden. Sodann verkürzt sich die notwendige Diffusionszeit entsprechend.
Zum Entfernen zumindest der entlang der Rückseite der Basis 312 verlaufenden Emitterschicht wird sodann rückseitig eine Ätzlösung 310 bestehend vorzugsweise aus Sal-
petersäure und Flusssäure aufgebracht. Die Ätzlösung 310 setzt sich durch die Durchgangsöffnungen 306 bis zur Vorderseite des Substrats hindurch, wie die Schraffur 310 verdeutlicht. Auf Grund der Opferschicht 308 ist nunmehr sichergestellt, dass der frontseitige Emitter 314 während des Abätzens der Emitterschicht auf der Rückseite und gegebenenfalls in den Durchgangsöffnungen 316 nicht angegriffen wird.
Nachdem die rückseitige Emitterschicht abgeätzt ist, werden folgende Maßnahmen durchgeführt: Entfernen der PSG-Schicht in HF-haltiger Lösung. Aufbringen der rückseitigen und vorderseitigen Passivierschicht. Ggf. Strukturierung und Reinigung. Metallisierung mit Siebdruckpasten, Sinterung.
Der Fig. 5b) ist prinzipiell ein Verfahrensablauf zu entnehmen, dem die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Rückseitenkontaktsolarzellen zu entnehmen ist.
Der der Fig. 4a zu entnehmende Verfahrensablauf unterscheidet sich von dem der Fig. 4b) dahingehend, dass auf der Vorderseite des Substrats ein der Ätzlösung 310 entgegenwirkendes Medium 311 aufgebracht wird, so dass frontseitig die Ätzwirkung derart beeinflusst wird, dass die nicht zwingend als Opferschicht ausgebildete frontseitig verlaufende PSG-Schicht 309 abgeätzt wird, jedoch nicht den Emitter 314 derart angreift, dass die Funktion der Solarzelle negativ beeinflusst wird. Wird vorzugsweise ein flüssiges Medium oder alkalische Lösung oder Wasser benutzt, um im erforderlichen Umfang der Ätzwirkung des Ätzmediums 310 entgegenzuwirken, so kann jedoch auch die Frontseite, also in der zeichnerischen Darstellung die oberer Seite des Substrats mit einem Fluid wie insbesondere Gas wie Druckluft beaufschlagt werden, das in die Durchgangsöffnungen 316 in einem Umfang eindringt, dass Ätzflüssigkeit in diese nicht eindringt und somit die die rückseitig verlaufenden Emitterbereiche abätzende Ätzlösung 310 frontseitig nicht wirken kann.
Unabhängig hiervon wird in gewohnter Weise die PSG-Schicht 309 entfernt, um sodann eine Antireflex Schicht aufzubringen. Anschließend wird - wie bei PERC-Zellen üblich - die Rückseite in zuvor beschriebener Weise passiviert, die Durchgangsöffnungen 316 insbesondere mit einer erfindungs gemäßen Paste metallisiert, die gegenüber dem Sub-
strat nicht elektrisch kontaktierend ist, und sodann front- und rückseitige Metallisierungsschritte durchgeführt, wobei entsprechend zuvor erfolgter Erläuterungen ein Back Surface Field sich ausbildet, wie dies auch prinzipiell den Fig. 3 a), b) zu entnehmen ist.
Ein typischer Verfahrensablauf zur Herstellung einer erfindungsgemäßen MWT- Solarzelle, insbesondere nach der PERC-Technologie, ist dem Fließbild gemäß Fig. 5b) zu entnehmen.
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Lehre ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen, anhand der die Herstellung erfindungsgemäßer Rückseitenkontaktsolarzel- len erläutert wird.
Die Ätzlösung kann in Form eines Meniskus die Waferunterseite vollflächig benetzen oder wird durch speziell profilierte Transportrollen in kleinen Mengen an die Waferseite befördert. Als Ätzlösungen werden bevorzugt Mischungen basiert auf Salpetersäure und Flusssäure verwendet.
Weitere mögliche Bestandteile sind Schwefelsäure, Phosphorsäure, Essigsäure sowie organische Additive.
Beim Meniskusätzen wird die Waferunterseite vollflächig mit der Ätzlösung benetzt. Der Flüssigkeits stand im Ätzbecken liegt tiefer als die Transportebene, d.h. tiefer als die Wa-ferunterseite. Dadurch wird eine zu starke Benetzung der Wafer - Seitenflächen verhindert und der Kapillarkraft der Bohrungen entgegengewirkt. Der Meniskus wird zum Anfang des Ätzvorgangs durch Heranführen der Waferunterseite zur Flüssigkeitsoberfläche herausgebildet (WO-A-2005/093788).
Alternativ kann die Ätzlösung über speziell profilierte Transportwalzen an die Waferunterseite befördert werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass immer nur geringe Mengen der Ätzlösung an die Waferunterseite gebracht werden (DE-A-10 2005 062 527).
Um ein Durchsteigen der Ätzlösung auf die Emitterseite zu verhindern, wird auf die Wa-feroberseite zusätzlich eine nicht ätzende Flüssigkeit, z. B. Wasser aufgebracht. Die Flüssigkeit verhindert mechanisch ein Hochsteigen der Ätzlösung und bewirkt zusätzlich eine Verdünnung der Ätzlösung, die bis zur Flüssigkeitsgrenze angelangt ist.
Anstatt Wasser kann eine alkalische Lösung verwendet werden, die die Ätzlösung neutralisiert und die Emitterseite zusätzlich vor dem Ätzangriff schützt.
Alternativ können hoch viskose Flüssigkeiten wie z. B. Phosphorsäure verwendet werden, die aufgrund deren Viskosität ein Hochsteigen der Ätzlösung auf die Oberseite verhindern.
Eine weitere Möglichkeit, das Hochsteigen der Ätzlösung auf die Waferoberseite zu verhindern, ist die Modifikation der Ätzlösung selbst. Die Viskosität der Ätzlösung kann durch Zugabe weiterer Komponenten wie zum Beispiel Schwefelsäure, Phosphorsäure oder langkettige Polymere wie Methylcellulose erhöht werden.
Wesentliche Aspekte der Erfindung ergeben sich noch einmal aus den nachstehenden Erläuterungen.
MWT (Metal Wrap Through) -Solarzellen sind Zellen, bei denen die Kontaktierung der Vorderseitenmetallisierung von der Rückseite aus erfolgt, so genannte Rückkontaktzellen. Bei der MWT-Zelle wird dazu eine metallische Verbindung von der Vorderseite durch Löcher in der Zelle auf die Rückseite geführt.
PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) bezeichnet insbesondere die Passivierung der Rückseite durch eine dielektrische Schicht. Um diese Schicht sinnvoll aufbringen zu können, muss zuvor ein ggf. vorliegender Rückseitenemitter vollständig entfernt werden.
Die vorliegende Erfindung befasst sich u. a. mit der Anwendung des PERC-Konzepts auf MWT-Zellen.
Ein bisher ungelöstes Problem ist dadurch begründet, dass beim chemischen Rückätzen des Rückseitenemitters die Vorderseite durch die Löcher mit der Rückseite verbunden ist. Typischerweise wird von der Rückseite angebrachtes Ätzmedium durch die Löcher auch die Vorderseite erreichen. Dadurch kann ein Kontakt des Ätzmediums mit der Vorderseite insbesondere im Bereich der Löcher nicht ausgeschlossen werden, so dass dort ebenfalls ein Emitterrückätzen auftritt, welches die Zellperformance negativ beein- flusst, wie in Fig. 6 dargestellt.
MWT-Technologie und PERC-Technologie sind etabliert. Es ist bekannt, eine Isolationsschicht in das Loch einzubringen, die einen Kontakt zur Basis verhindert. Die Problematik des Emitterrückätzens auf der Rückseite ist im Stand der Technik nicht angesprochen.
Bei MWT- Solarzellen muss ein Metallkontakt von der Rückseite durch eine Öffnung im Substrat auf die Vorderseite durchkontaktieren. Dabei darf dieses Metall nicht in elektrisch leitenden Kontakt mit der Basis des Halbleiters gelangen. Bei Standard-MWT- Zellen ist die Basis durch den Emitter vom Metallkontakt abgeschirmt.
Jedoch muss für eine rückseitig passivierte (PERC)- Solarzelle eine evtl. vorhandene Emitterdiffusion auf der Rückseite außerhalb der Durchkontaktierung vollständig oder zumindest in allen Bereichen, in denen eine Passivierung beabsichtigt ist, entfernt werden, in der Regel durch flächiges Abätzen.
Gemäß einer ersten erfindungs gemäßen Lösung wird eine Isolation in dem Loch erzeugt, die nicht auf der Beschichtung im Loch basiert, sondern z. B. auf der elektrisch isolierenden Eigenschaft einer Paste. Diese funktioniert so bei teilweise oder vollständig freigelegter Basis insbesondere auch ohne Beschichtung im Bereich des Lochs bzw. bei inhomogener Beschichtung, die nicht alle Bereiche des Emitterkontakts vollständig abdeckt. Die Isolation wird somit erfindungsgemäß durch eine elektrisch nicht- kontaktierende Paste erreicht. In diesem Fall können die Anforderungen an die Isolation im Loch deutlich reduziert werden.
Eine Anätzung der Vorderseite beim Entfernen des Rückseitenemitters wird durch ein geeignetes Schutz verfahren vermieden, das den Angriff des Emitters unterbindet oder vermindert.
Eine weitere, eigenerfinderische Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Emitter auf der Vorderseite und/oder im Loch beim Rückätzen durch vorzugsweise eine PSG (Phosphor-Silikat-Glas)-Schicht geeigneter Dicke geschützt wird. Diese kann beispielsweise in einem langen (d. h. z. B. länger als 25 min) (Inline)-Diffusionsprozess oder einem Oxidations schritt erzeugt werden. Ein eventuelles Anätzen der Vorderseite und/oder des Lochs wird dann zunächst die PSG-Opferschicht angreifen, so dass der Emitter ausreichend lange geschützt bleibt, wie in Fig. 7 dargestellt.
Eine noch weitere, eigenerfinderische Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Emitter auf der Vorderseite und/oder im Loch beim Rückätzen durch eine andere technische Variante so geschützt wird, dass geringe Mengen von Ätzlösung, die durch die Löcher an der Vorderseite austreten, nicht oder nur kaum zu einem Angriff des Emitters auf der Vorderseite und/oder im Loch führen. Dies kann beispielsweise mittels einer Verdünnung oder Neutralisierung der Ätzlösung durch eine geeignete auf der Vorderseite aufgebrachte Lösung erfolgen.
Die drei genannten Varianten bzw. Lösungen, d. h. eine gegenüber dem Substrat elektrisch nicht kontaktierende, also isolierende Paste, die jedoch die erforderliche elektrische Leitfähigkeit zum elektrisch leitenden Verbinden des frontseitig verlaufenden Emitters zur Rückseite sicherstellt, die frontseitig aufgebrachte Opferschicht, die beim Abätzen der rückseitig verlaufenden Emitterbereiche abgeätzt wird, und die Möglichkeit, durch die Durchgangsöffnungen hindurch tretende Ätzflüssigkeit in ihrer Ätzwirkung zu schwächen, können in beliebigen Kombinationen kombiniert werden und zusätzlich auch unabhängig voreinander Verwendung finden.