WO2013071925A2 - Verfahren zur herstellung einer solarzelle mit pecvd-kombinationsschicht und solarzelle mit pecvd-kombinationsschicht - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a crystalline solar cell and a crystalline silicon solar cell ⁇ le with the features of the preamble of claim 3.
  • Crystalline solar cells made of silicon are well-known devices for generating electricity using light, especially sunlight. Subsequently, the solar cell is under the "Obersei ⁇ te" and "front” are each understood at be ⁇ intended purposes of the solar cell the light zugewand- te side, accordingly, the "bottom” and the "rear side", the case of intended use of the solar cell away from the light side.
  • a crystalline silicon solar cell is based on a mono- or polycrystalline silicon substrate, the weak, typically ⁇ p- with a doping level of 10 15 cm -3 to 10 16 cm 3 or n-doped and a subsurface strong entge ⁇ genroundede doping, so a strong n-doping at p-doped substrate and a strong p-type doping at n-doped pn substrate, which is typically carried out with a degree of doping of 10 cm ⁇ 3 to 10 21 cm ⁇ 3 .
  • the heavily doped layer is usually be distinguished ⁇ as an emitter, the weakly doped layer as a base.
  • a strong doping the Back-Surface-Field, can be applied there, which is heavily p-doped for a p-base or heavily n-doped for an n-base is. This reflects charge carriers in the direction of space charge zone and emitter.
  • Incident light which is used to generate electricity, is absorbed in the base, the back surface field, the emitter or in the space charge zone - creating an electron-hole pair.
  • the minority charge carriers required for power generation are drawn in the space charge zone through the electrical field to the correct contacts.
  • the charge carriers diffuse and can - if they do not recombine - reach the Jardinla ⁇ -making zone and flow from ⁇ from there via electrical contacts.
  • a widely used in the manufacture of crystalline solar cells method for depositing layers, in particular arrival tireflex harshen consists in the application of the per se known PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) process for depositing silicon-containing layers, in particular of SiN x - and SiC x N y -Layers .
  • PECVD Pullasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the popularity of this method is due to the fact that the layers applied with this method can also contribute to surface passivation of the substrate, ie reduce the recombination rate of minority charge carriers on the surface and thereby improve the efficiency of the solar cell.
  • the PECVD process is usually carried out at elevated temperature, often between ⁇ 400 ° C and 500 ° C, which brings with it the need to heat in particular the process boats with the on ⁇ ordered wafers to this temperature.
  • Known crystalline silicon solar cells with deposited using PECVD processes, in particular silicon-containing layers have a number of problems.
  • First cell fullest possible use of the solar cell ⁇ incident light is essential for the desired efficient use of solar.
  • the conventional PECVD-accessible SiN-based passivation layers are only for passivation of n-type silicon surfaces, but not for p-type silicon surfaces, unless in an additional one
  • the inventive method for manufacturing a crystalline silicon solar cell has at least the following Schrit ⁇ te: providing a crystalline silicon substrate; Doping at least a first region of the silicon substrate to produce a base and a second portion of Sili ⁇ ziumsubstrats for producing an emitter; Forming an anti-reflection combination layer while performing plasma nitriding or plasma oxynitriding in a plasma of NH 3 , 2 O or a mixture of these gases to produce a base film of amorphous SiN x or amorphous SiO x N y and passing directly to the Plasma nitriding or plasma oxi nitration subsequent PECVD process using at least one silicon-containing process gas to deposit a silicon capping layer of amorphous SiN x , amorphous SiC x N y or amorphous SiO x N y , and contacting the base and emitter to provide metal contacts.
  • Essential to the invention here is the embodiment of the step of forming a combination layer. Apart from the fact that an insertable for crystalline Siliziumso ⁇ larzellen in different ways with the layer dependent on the respective application, discussed below advantages are achieved through this process step results in a number of other advantages of this process procedure.
  • p-type solar cells also have dielectric backside passivation with only achieved a PECVD process and without creating a near-surface inversion layer in the silicon.
  • hydrogen is also diffused into the base film at a time at which the combination layer is already formed.
  • this process step may be necessary in any case, be carried out in so-called ⁇ "firing" or “firing" of the metal contacts, the layer for making electrical contact through the antireflection therethrough.
  • the temperature at which this partial step of contacting the solar cell is carried out should be 20 to
  • the temperature set at the oven should typically be around 885 ° C instead of around 850 ° C.
  • the actual temperatures to which the wafer is exposed at this selected temperature are typically about 50 ° C lower, and secondly, the temperatures at the wafer are heavily dependent on the particular furnace used, so that the temperatures of one Any process usually to be adapted to the furnace used.
  • the comparison of temperature settings used in the same oven for different processes is therefore more meaningful than the indication of temperature settings of a furnace.
  • the solar cell according to the invention has a crystalline (ie ⁇ mo no- or polycrystalline) silicon substrate through respective opposite doping at least with a base and a Emitter is provided. It also has contacts for connecting the solar cell to a circuit which allow charge carriers to flow out of the space charge zone and is covered at least on sections of its top side with a combination layer which is applied at least in sections directly on a surface of the crystalline silicon substrate.
  • the properties of the base film of its manner of preparation depend, so that for example one produced by plasma nitriding in a plasma of NH 3 amorphous SiN x film on a crystalline Si liziumsubstrat other properties as a by ei ⁇ NEN PECVD process using at least one Si-containing process gas, for example by using SiH 4 and NH 3 generated amorphous SiN x film.
  • Si-containing process gas for example by using SiH 4 and NH 3 generated amorphous SiN x film.
  • the films produced according to the invention have a higher density and greater etch resistance to hydrofluoric acid than films produced by conventional methods.
  • the films of this invention are etched in particular in Flussklarekonzent ⁇ configurations of 1-10% HF with less than half the etch rate than conventionally prepared PECVD SiN layers with the same etching conditions.
  • the latter has an anti-reflection layer, wherein the combination ⁇ layer constituting the anti-reflection layer.
  • the solar cell has a backside passivation layer, and that the combination layer forms the backside passivation layer.
  • the above effects become particularly strong when the base film is made of amorphous SiN x , which has a higher density than SiN x films producible with pure PECVD deposition processes or when the base film is of amorphous SiO x N y and a higher Density than can be generated with pure PECVD deposition processes Si-O x N y films.
  • a base film having a thickness between 5nm and 15nm has been found to be particularly useful to use. Particularly good results are, in particular with a base ⁇ film thickness of about 10 nm.
  • nitration in plasma or Plasmaoxinitr mich in a process gas atmosphere which contains no silicon the silicon is incorporated into the base film, from the If the crystalline silicon substrate is derived, this thickness dependence of the effects achieved may possibly be related to a decreasing availability of silicon as the thickness of the base film increases, which then influences the composition of the base film, in particular with regard to its stoichiometry.
  • a further improvement of surface passivation is achieved when hydrogen is present in the base film is hydrogen, in particular eindiffun ⁇ dierter.
  • a further surprising advantage results from the use of solar cells according to the invention with the combination layer which can be produced by the process according to the invention for a multiplicity of solar modules which are connected in series with a string, since then a noticeable reduction of the PID effect results.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a solar cell with a combination layer according to the invention as an antireflection layer
  • FIG 2 shows a second exemplary embodiment of a solar cell with a combination layer according to the invention as backside passivation.
  • FIG. 1 shows a solar cell 100 with a crystalline Sili ⁇ ziumsubstrat 101.
  • the crystalline silicon substrate 101 is by doping a p-type base 102 and a highly n-doped emitter 103 and a heavily p-doped back-surface field region 104 been generated.
  • On top of the crystalline silicon substrate 101 is at least from ⁇ cut as an anti-reflection layer 105 is applied, consisting of a combination of a layer applied directly to a surface of the crystalline silicon substrate 101 by plasma in a plasma manitr Sammlung or Plasmaoxinitr mich
  • the solar cell 100 is provided with connections by a rear-side contact 106 made of metal and a grid-like front-side contact 107 made of metal.
  • FIG. 2 shows a solar cell 200 with a crystalline Sili ⁇ ziumsubstrat 201 in which by doping a p-type base 202 and a highly n-doped emitter 203.
  • a crystalline silicon substrate 201 On the top of the crystalline silicon substrate 201 is at least from ⁇ cut as an anti-reflection layer 204 is applied, which is shown here as a conventional anti-reflection layer, but also, as can be carried out in Figure 1, as inventive combination layer.

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Abstract

Bereitgestellt werden ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100, 200) mit den Schritten Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201); Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zur Erzeugung einer Basis (102, 202) und eines zweiten Bereichs des Siliziumsubstrats (101, 201) zum Erzeugen eines Emitters (103, 203); Bilden einer Kombinationsschicht (105, 205) durch Durchführung einer Plasmanitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, N20 oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und unverzügliche Durchführung eines unmittelbar an die Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung anschließenden PECVD-Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhaltigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,; und Kontaktieren von Basis (102, 202) und Emitter (103, 203) sowie eine Solarzelle (100,200) mit einem kristallinen Siliziumsubstrat (101, 201) mit einer Basis (102, 202), einem Emitter (103, 203) und Kontakten (106, 107, 206, 207), wobei die Solarzelle (100, 200) ferner eine Kombinationsschicht (105, 205) mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats (101, 201) aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3,N20 oder einer Mischung dieser Gase er zeugbaren Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm (105a, 205a) angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbare Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy aufweist.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit
PECVD-Kom inationsschicht und Solarzelle mit
PECVD-Kom inationsschicht
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Solarzelle und eine kristalline Siliziumsolarzel¬ le mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3. Kristalline Solarzellen aus Silizium sind allgemein bekannte Vorrichtungen zur Stromerzeugung unter Ausnutzung von Licht, insbesondere Sonnenlicht. Nachfolgend wird unter der „Obersei¬ te" und der „Vorderseite" der Solarzelle jeweils die bei be¬ stimmungsgemäßer Verwendung der Solarzelle dem Licht zugewand- te Seite verstanden, dementsprechend ist die „Unterseite" und die „Rückseite" die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Solarzelle vom Licht abgewandte Seite.
Eine kristalline Siliziumsolarzelle basiert auf einem mono- oder polykristallinen Siliziumsubstrat, das schwach, typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 1015 cm~3 bis 1016 cm~3 p- oder n-dotiert ist und eine oberflächennahe starke entge¬ gengesetzte Dotierung, also eine starke n-Dotierung bei p- dotiertem Substrat und eine starke p-Dotierung bei n-dotiertem p n Substrat, die typischerweise mit einem Dotierungsgrad von 10 cm~3 bis 1021 cm~3 ausgeführt ist.
Die stark dotierte Schicht wird üblicherweise als Emitter be¬ zeichnet, die schwach dotierte Schicht als Basis. Um die Re- kombination an der Rückseite zu minimieren kann dort eine starke Dotierung, das Back-Surface-Field, angebracht werden, die stark p-dotiert für eine p-Basis oder stark n-dotiert für eine n-Basis ist. Dies spiegelt Ladungsträger in Richtung Raumladungszone und Emitter.
Einfallendes Licht, welches zur Stromerzeugung genutzt wird, wird in der Basis, dem Back Surface Field, dem Emitter oder in der Raumladungszone - unter Erzeugung eines Elektronen-Loch- Paares - absorbiert. Die zur Stromerzeugung benötigten Minoritätsladungsträger werden in der Raumladungszone durch das e- lektrische Feld zu den richtigen Kontakten hin gezogen. In den übrigen Bereichen des Substrats diffundieren die Ladungsträger und können so - wenn sie nicht rekombinieren - die Raumla¬ dungszone erreichen und von dort über elektrische Kontakte ab¬ fließen . Eine bei der Herstellung kristalliner Solarzellen weitverbreitete Methode zur Aufbringung von Schichten, insbesondere An- tireflexschichten besteht in der Anwendung des an sich bekannten PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) Verfahrens zur Abscheidung siliziumhaltiger Schichten, insbesondere von SiNx- und SiCxNy-Schichten . Die Beliebtheit dieser Methode ist darauf zurückzuführen, dass die mit diesem Verfahren aufgebrachten Schichten auch zu einer Oberflächenpassivierung des Substrats beitragen können, d.h. die Rekombinationsrate von Minoritätsladungsträgern an der Oberfläche verringern und da- durch den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessern.
Beim PECVD-Verfahren lässt man Prozeßgase, die die Elemente enthalten, aus denen die abzuscheidende Schicht zusammenge¬ setzt ist, in einem hochfrequenten Wechselfeld strömen, was zur Ausbildung eines Plasmas, also insbesondere einer zumin¬ dest partiellen Fragmentierung der Prozessgasmoleküle führt. Die dabei entstehenden Molekülfragmente, Atome oder Radikale der Prozeßgase treffen auf die Oberfläche der auf einem Pro- zessboot angeordneten Wafer und bilden dort die gewünschte An¬ tireflexschicht aus. Grundsätzlich ist eine Schichtbildung bei Raumtemperatur möglich, was aber zu qualitativ minderwertigen Antireflexschichten führt. Aus diesem Grund wird der PECVD- Prozess üblicherweise bei erhöhter Temperatur, oftmals zwi¬ schen 400°C und 500°C durchgeführt, was die Notwendigkeit mit sich bringt, insbesondere die Prozessboote mit den darauf an¬ geordneten Wafern auf diese Temperatur aufzuheizen. Bekannte kristalline Siliziumsolarzellen mit unter Verwendung von PECVD-Prozessen aufgebrachten, insbesondere silizium- haltigen Schichten weisen eine Reihe von Problemen auf.
Erstens ist für die gewünschte effiziente Nutzung einer Solar- zelle eine möglichst vollständige Nutzung von auf die Solar¬ zelle einfallendem Licht wesentlich. Um dies zu erreichen ist es üblich, eine transparente Antireflexschicht zumindest auf der Vorderseite der Solarzelle anzuordnen, um die Reflexion des einfallenden Lichtes unter weitestgehender Vermeidung von Absorptionsverlusten in der Antireflexschicht so weit wie mög¬ lich zu reduzieren.
Bekannte, mit PECVD-Verfahren erzeugte Antireflexschichten für kristalline Siliziumsolarzellen weisen aber eine Reihe von Nachteilen auf: Bei damit beschichtete Solarzellen kommt es bei der nachfolgenden Kontaktierung der Solarzelle mit Metallkontakten, beispielsweise bei einer Frontgrid- Silberplattierung, zum „Ghostplating" , bei dem größere Oberflächenbereiche der Solarzelle metallisiert werden als eigent- lieh gewünscht ist, was zu einer Reduktion der Effizienz der
Solarzelle führt. Ferner hat sich gezeigt, dass der mit derar¬ tigen Antireflexschichten erreichte Grad der Oberflächenpassi- vierung noch nicht optimal ist. Zweitens ist mit dem Aufbringen vom bekannten, unter Einsatz von PECVD-Verfahren herstellbaren Schichten für kristalline Siliziumsolarzellen ein relativ hoher Zeit- und Energieaufwand verbunden, der daraus resultiert, dass, wie oben erwähnt, ein Aufheizen der PECVD-Anlage und insbesondere des Prozessbootes, das die Wafer trägt, das in der Regel mit einer Rohrheizung erfolgt, den Zeit- und Energieaufwand für das Herstellungsver¬ fahren erhöht und dass das Prozessboot bei der Durchführung des PECVD-Prozesses ebenfalls belegt wird und nach einer An¬ zahl von Prozessen zurückgeätzt werden muss.
Drittens sind die konventionellen mittels PECVD zugänglichen SiN-basierten Passivierungsschichten nur zur Passivierung von n-leitenden Silizium-Oberflächen, nicht jedoch für p-leitende Silizium-Oberflächen, sofern nicht in einem zusätzlichen
Schritt zunächst eine Si02-Schicht aufgebracht wird.
Viertens hat sich in jüngster Zeit ergeben, dass bei Zusammen- Schaltung von vielen Solarmodulen, die aus konventionellen, insbesondere unter Einsatz konventioneller PECVD- Beschichtungstechniken hergestellten kristallinen Silizium- Solarzellen aufgebaut sind, mittels eines String hohe System¬ spannungen von typischerweise 1000 Volt anliegen können, die zu potentialinduzierter Degradation (Potential Induced Degradation, PID) führen. Diese Probleme werden zumindest teilweise darauf zurückgeführt, dass mittels konventionellen PECVD- Prozessen erzeugte SiN-Schichten keine ausreichende Isolation bei derart hohen System-Spannungen aufweisen, so dass Leck- ströme von den Glasplatten der Module in das Silizium fließen können . Diese Probleme werden durch eine durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 im Rahmen der Herstellung einer kristallinen Siliziumsolarzelle zugängliche Kombinations¬ schicht und/oder Solarzellen mit einer derartigen Kombinati- onsschicht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer kristal- linen Siliziumsolarzelle weist zumindest die folgenden Schrit¬ te auf: Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats; Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsubstrats zur Erzeugung einer Basis und eines zweiten Bereichs des Sili¬ ziumsubstrats zum Erzeugen eines Emitters; Bilden einer Anti- reflex-Kombinationsschicht unter Durchführung einer Plasma- nitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, 2O oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und Durchführung eines unmittelbar an die Plasmanitrierung oder Plasmaoxi- nitrierung anschließenden PECVD-Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhaltigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,;und Kontaktieren von Basis und Emitter zum Bereitstellen von Metallkontakten.
Unmittelbar anschließend ist dabei so zu verstehen, dass der Wafer in derselben Anlage weiter bearbeitet wird, ohne die An¬ lage zu verlassen. Zwischen der Abscheidung der zu kombinierenden Schichten kann ein Zeitraum bestehen, in dem der Wafer in der Anlage dem Prozessgas selbst, einem inerten Schutzgas oder Vakuumbedingungen ausgesetzt ist. Dabei ist es zweckmäßig, die Schritte mit Ausnahme der beiden Dotierungsschritte zum Erzeugen von Basis und Emitter, die gleich gut auch in umgekehrter Reihenfolge ausführbar sind, in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen.
Erfindungswesentlich ist hier die Ausgestaltung des Schritts des Bildens einer Kombinationsschicht. Abgesehen davon, dass durch diesen Prozessschritt eine für kristalline Siliziumso¬ larzellen auf unterschiedliche Weise einsetzbare Schicht mit den vom jeweiligen Einsatz abhängigen, weiter unten diskutierten Vorteilen erzielt wird, ergeben eine Reihe weiterer Vorteile aus dieser Verfahrensführung.
So wird die PECVD-Prozessdauer reduziert. Dies liegt einer- seits daran, dass das Aufheizen der Apparatur und insbesondere des Prozessbootes bereits durch den vorgeschalteten Prozess der Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung erfolgt, und zwar auf eine homogenere Weise als mit einem herkömmlichen Röhrenofen .
Andererseits ist die danach noch durch den PECVD-Prozess auf¬ zutragende Schichtdicke verringert, so dass eine kürzere Pro¬ zessdauer für diesen Prozess resultiert. Dies wiederum bringt den Vorteil mit sich, dass auch das Prozessboot eine weniger starke Belegung erfährt, so dass es erst nach mehr Fahrten zu¬ rückgeätzt werden muss, was Kosten spart.
Weiter kommt es während der Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung zu einer wünschenswerten partiellen Rückätzung der Dead Layer des Emitters.
Schließlich wird für p-Typ Solarzellen bei dieser Verfahrensführung auch eine dielektrische Rückseitenpassivierung mit nur einem PECVD-Prozess und ohne Schaffung einer oberflächennahen Inversionsschicht im Silizium erreicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird fer- ner zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kombinationsschicht bereits gebildet ist, Wasserstoff in den Basisfilm eindiffundiert. Dies führt zu einer weiteren Verbesserung der Oberflächenpas- sivierung . Besonders vorteilhaft kann dieser Prozessschritt beim soge¬ nannten „Feuern" oder „Firing" der Metallkontakte, das zur Herstellung des elektrischen Kontakts durch die Antireflex- schicht hindurch ohnehin notwendig ist, durchgeführt werden. Die Temperatur, bei der dieser Teilschritt der Kontaktierung der Solarzelle durchgeführt wird, sollte allerdings 20 bis
30 °C höher gewählt werden als bei üblichen Verfahren. Die am Ofen eingestellte Temperatur sollte typischerweise bei ca. 885°C statt bei ca. 850°C liegen. Allerdings wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass erstens die tatsächlichen Temperaturen, denen der Wafer bei dieser gewählten Temperatur ausgesetzt ist, um typischerweise etwa 50°C niedriger liegen und zweitens die Temperaturen am Wafer stark vom jeweils verwendeten Ofen abhängen, so dass die Temperaturen eines beliebigen Prozesses in der Regel an den verwendeten Ofen anzupassen sind. Der Vergleich zwischen bei demselben Ofen für unterschiedliche Prozesse verwendeten Temperatureinstellungen ist daher aussagekräftiger als die Angabe von Temperatureinstellungen eines Ofens.
Die erfindungsgemäße Solarzelle hat ein kristallines (d.h. mo¬ no- oder polykristallines) Siliziumsubstrat, das durch jeweils entgegengesetzte Dotierung zumindest mit einer Basis und einem Emitter versehen ist. Sie weist ferner Kontakte zum Anschluss der Solarzelle an einen Stromkreis auf, die ein Abfließen von Ladungsträgern aus der Raumladungszone ermöglichen und ist zumindest auf Abschnitten ihrer Oberseite mit einer Kombinati- onsschicht bedeckt, die mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3,N20 oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm angrenzenden, anschließend durch PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgestaltet ist .
Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die Eigenschaften des Basisfilms von der Art seiner Herstellung abhängen, so dass beispielsweise ein durch Plasmanitrierung in einem Plasma aus NH3 erzeugter amorpher SiNx-Film auf einem kristallinen Si- liziumsubstrat andere Eigenschaften besitzt als ein durch ei¬ nen PECVD-Prozess unter Verwendung mindestens eines Si- haltigen Prozessgases, z.B. durch Verwendung von SiH4 und NH3 erzeugter amorpher SiNx -Film. Dies ist schon deswegen verständlich, weil das Silizium im ersten Fall aus dem kristalli- nen Siliziumsubstrat bereitgestellt wird, im zweiten Fall aber durch das Si-haltige Prozessgas. In gleicher Weise besitzt auch ein durch Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus 2O oder 2O und NH3 erzeugter amorpher SiOxNy-Film auf einem kristallinen Siliziumsubstrat andere Eigenschaften als ein durch einen PECVD-Prozess unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erzeugter amorpher SiOxNy-Film. Damit ist klar, dass die Herstellbarkeit des jeweiligen Films über einen be¬ stimmten Prozess implizit Eigenschaften des Films vorgibt und somit ein Merkmal darstellt, mit dem diese Filme voneinander unterscheidbar sind.
Die erfindungsgemäß hergestellten Filme weisen eine höhere Dichte und größere Ätzresistenz gegenüber Flusssäure auf als mit konventionellen Methoden hergestellte Filme. Die erfindungsgemäßen Filme werden insbesondere bei Flusssäurekonzent¬ rationen von 1-10% HF mit weniger als der halben Ätzgeschwindigkeit geätzt als konventionell hergestellte PECVD-SiN- Schichten bei gleichen Ätzbedingungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Solarzelle weist diese eine Antireflexschicht aufweist, wobei die Kombinations¬ schicht die Antireflexschicht bildet.
In einer alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann vorgesehen werden, dass die Solarzelle eine Rückseitenpassi- vierungsschicht aufweist, und dass die Kombinationsschicht die Rückseitenpassivierungsschicht bildet .
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Kombinations¬ schicht -möglicherweise auf Grund der Eigenschaften, die über Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in den genannten, siliziumfreien Prozessgasen dem Basisfilm aufgeprägt werden, zu einer signifikanten Reduktion des Ghostplatings und zugleich zu einer deutlich verbesserten Oberflächenpassivierung, die zudem auch bei p-leitendem Silizium effektiv ist, führt.
Besonders stark werden die vorstehenden Effekte, wenn der Ba- sisfilm aus amorphem SiNx ist, das eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiNx-Filme hat oder wenn der Basisfilm aus amorphem SiOxNy ist und eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbaren Si- OxNy -Filme hat .
Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, einen Basisfilm zu verwenden, der eine Dicke zwischen 5nm und 15nm aufweist. Besonders gut sind insbesondere Ergebnisse mit einer Basis¬ filmdicke von etwa 10 nm. Da, wie erwähnt, bei der Plasma- nitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einer Prozessgas- Atmosphäre, die kein Silizium enthält, das Silizium, das in den Basisfilm eingebaut wird, aus dem kristallinen Siliziumsubstrat stammt, kann diese Dickenabhängigkeit der erzielten Effekte möglicherweise mit einer geringer werdenden Verfügbarkeit von Silizium bei wachsender Dicke des Basisfilms zusammenhängen, die dann die Zusammensetzung des Basisfilms insbe- sondere im Hinblick auf seine Stöchiometrie beeinflusst.
Eine weitere Verbesserung der Oberflächenpassivierung wird erzielt, wenn im Basisfilm Wasserstoff, insbesondere eindiffun¬ dierter Wasserstoff vorhanden ist.
Ein weiterer überraschender Vorteil ergibt sich bei Verwendung von erfindungsgemäßen Solarzellen mit der über das erfindungsgemäße Verfahren erzeugbaren Kombinationsschicht für eine Vielzahl von Solarmodulen, die mit einem String in Serie ge- schaltet sind, da sich dann eine spürbare Reduktion des PID- Effekts ergibt.
Die Erfindung wird weiter an Hand von Figuren erläutert. Es zeigt :
Fig. 1: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Kombinationsschicht als Antire- flexschicht, und Fig. 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Kombinationsschicht als Rückseitenpassivierung .
Es wird darauf hingewiesen, dass aus Gründen der Übersicht¬ lichkeit die Dimensionen der Solarzelle, insbesondere die re¬ lative Dicke einzelner Schichten zueinander, nicht maßstabsgerecht dargestellt ist.
Figur 1 zeigt eine Solarzelle 100 mit einem kristallinen Sili¬ ziumsubstrat 101. In dem kristallinen Siliziumsubstrat 101 ist durch Dotierung eine p-dotierte Basis 102 und ein stark n- dotierter Emitter 103 sowie ein stark p-dotierter Back- Surface-Field-Bereich 104 erzeugt worden. Auf der Oberseite des kristallinen Siliziumsubstrats 101 ist zumindest ab¬ schnittsweise eine Antireflexschicht 105 aufgebracht, die als Kombinationsschicht aus einem direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats 101 aufgebrachten, durch Plas- manitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus
NH3,N20 oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm 105a aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm 105a angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si- haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht 105b aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgebildet ist. Durch einen rückseitigen Kontakt 106 aus Metall und einen gitterartigen vorderseitigen Kontakt 107 aus Metall ist die Solarzelle 100 mit Anschlüssen versehen bzw. kontaktiert.
Figur 2 zeigt eine Solarzelle 200 mit einem kristallinen Sili¬ ziumsubstrat 201, in dem durch Dotierung eine p-dotierte Basis 202 und ein stark n-dotierter Emitter 203. Auf der Oberseite des kristallinen Siliziumsubstrats 201 ist zumindest ab¬ schnittsweise eine Antireflexschicht 204 aufgebracht, die hier als konventionelle Antireflexschicht dargestellt ist, aber auch, wie in Figur 1, als erfindungsgemäße Kombinationsschicht ausgeführt werden kann. Auf der anderen Seite des kristallinen Siliziumsubstrats 201 - die Verwendung des Wortes „Unterseite" wird hier bewusst vermieden, da es sich um eine bifaziale So¬ larzelle handelt- ist eine Rückseitenpassivierungsschicht 205 angeordnet, die als Kombinationsschicht aus einem direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats 201 aufge¬ brachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3,N2<0 oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm 205a aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm 205a angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Siliziumdeckschicht 205b aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy ausgebildet ist. Durch einen gitterartigen rückseitigen Kontakt 206 aus Metall und einen gitterartigen vorderseitigen Kontakt 207 aus Metall ist die Solarzelle 200 mit Anschlüssen versehen bzw. kontaktiert.
Bezugs zeichenliste
100,200 Solarzelle
101,201 kristallines Siliziumsubstrat 102,202 Basis
103, 203 Emitter
104 Back-Surface-Field-Bereich
105,204 AntireflexSchicht
205 RückseitenpassivierungsSchicht
105a, 205a Basisschicht
105b, 205b Siliziumdeckschicht
106, 107,206,207 Kontakt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100,200) mit den Schritten:
Bereitstellen eines kristallinen Siliziumsubstrats
(101,201);
Dotieren zumindest eines ersten Bereichs des Siliziumsub- strats (101,201) zur Erzeugung einer Basis (102,202) und eines zweiten Bereichs des Siliziumsubstrats (101,201) zum Erzeugen eines Emitters (103,203);
Bilden einer Kombinationsschicht (105,205) durch Durch- führung einer Plasmanitrierung oder einer Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3, 2O oder einer Mischung dieser Gase zur Erzeugung eines Basisfilms
(105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und unverzügliche Durchführung eines unmittelbar an die Plasma- nitrierung oder Plasmaoxinitrierung anschließenden PECVD-
Prozesses unter Verwendung mindestens eines siliziumhal- tigen Prozessgases zum Abscheiden einer Siliziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy,;und
Kontaktieren von Basis (102,202) und Emitter (103,203).
2. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (100,200) 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 zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kombinationsschicht
(105,205) bereits gebildet ist, Wasserstoff in den Basis¬ film (105a, 205a) eindiffundiert wird. Solarzelle (100,200) mit einem kristallinen Siliziumsub¬ strat (101,201) mit einer Basis (102,202), einem Emitter (103,203) und Kontakten (106,107,206,207),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die So¬ larzelle (100,200) ferner eine Kombinationsschicht
(105,205) mit einem zumindest abschnittsweise direkt auf einer Oberfläche des kristallinen Siliziumsubstrats
(101,201) aufgebrachten, durch Plasmanitrierung oder Plasmaoxinitrierung in einem Plasma aus NH3,N20 oder einer Mischung dieser Gase erzeugbaren Basisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx oder amorphem SiOxNy und mit einer unmittelbar an den Basisfilm (105a, 205a) angrenzenden, durch anschließende PECVD-Abscheidung unter Verwendung mindestens eines Si-haltigen Prozessgases erhaltbaren Si¬ liziumdeckschicht (105b, 205b) aus amorphem SiNx, amorphem SiCxNy oder amorphem SiOxNy aufweist.
Solarzelle (100) nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die So¬ larzelle (100) eine Antireflexschicht (105) aufweist und dass die Kombinationsschicht (105a, 105b) die Antireflex¬ schicht (105) bildet.
Solarzelle (200) nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die So¬ larzelle (200) eine Rückseitenpassivierungsschicht (205) aufweist, und dass die Kombinationsschicht (205a, 205b) die Rückseitenpassivierungsschicht (205) bildet.
Solarzelle (100) nach einem vorstehenden Anspruch, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ba¬ sisfilm (105a, 205a) aus amorphem SiNx ist, das eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiNx-Filme hat oder dass der Basisfilm (105a, 205a) aus a- morphem SiOxNy ist und eine höhere Dichte als mit reinen PECVD-Abscheideprozessen erzeugbare SiOxNy-Filme hat.
Solarzelle (100,200) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Ba sisfilm (105a, 205a) eine Dicke zwischen 5nm und 15nm auf weist .
Solarzelle (100,200) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Ba¬ sisfilm (105a, 205a) Wasserstoff, insbesondere eindiffun¬ dierter Wasserstoff, vorhanden ist. Verwendung von Solarzellen (100,200) nach einem der Ansprüche 3 bis 8 für eine Vielzahl von Solarmodulen, die mit einem String in Serie geschaltet sind.
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