WO2015044122A1 - Method for producing a photovoltaic solar cell that comprises a heterojunction and a doping region introduced by diffusion on two different surfaces - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a method for producing a photovoltaic cell having at least one doping region (e) introduced by diffusion and at least one heterojunction, comprising the following steps: A) providing a semiconductor substrate (1) having base doping; B) producing at least one doping region (e) on a first side of the semiconductor substrate by diffusing a dopant into the semiconductor substrate, which doping region (e) has higher doping than the base doping and/or a doping type opposite the doping type of the base doping, and producing a heterojunction on a second side of the semiconductor substrate (1) opposite the first side, which heterojunction is formed with a doped heterojunction layer (b) and a dielectric tunnel layer (a) arranged indirectly or directly between the heterojunction layer (b) and the semiconductor substrate (1). The invention is characterized in that, in step B, the tunnel layer (a) and the heterojunction layer (b) are applied before the doping region (e) is introduced by diffusion and in that simultaneously the doped heterojunction layer is activated and the dopant is diffused into the doping region (e) by heating the solar cell in step B.
Description
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER PHOTOVOLTAISCHEN SOLARZELLE, DIE EINEN HETEROÜBERGANG UND EINEN EINDIFFUNDIERTEN DOTIERBEREICH AUF ZWEI VERSCHIEDENEN OBERFLÄCHEN UMFASST METHOD FOR PRODUCING A PHOTOVOLTAIC SOLAR CELL CONTAINING A HETEROLE TRANSITION AND A DIFFERENT DOPING AREA ON TWO DIFFERENT SURFACES
Beschreibung description
Eine photovoltaische Solarzelle stellt ein flächiges Halbleiterbauelement dar, bei welchem durch Absorption einfallender elektromagnetischer Strahlung Ladungsträgerpaare erzeugt und anschließend an einem pn-Übergang getrennt werden, so dass zwischen mindestens zwei elektrischen Kontaktpunkten der Solarzelle ein Potential entsteht und elektrische Leistung abgegriffen werden kann, Der pn-Übergang kann dadurch realisiert sein, dass in einem Halbleitersubstrat mit einer Basisdotierung mittels Diffusion eines Dotierstoffes einer zu der Basisdotierung entgegengesetzten Emitterdotierung ein entsprechender Emitterbereich ausgebildet wird, so dass zwischen Emitterbereich und basisdotiertem Bereich des Halbieitersubstrates ein pn-Übergang entsteht. A photovoltaic solar cell is a planar semiconductor component in which charge carrier pairs are generated by absorption of incident electromagnetic radiation and subsequently separated at a pn junction, so that between at least two electrical contact points of the solar cell, a potential is created and electrical power can be tapped. Transition can be realized in that a corresponding emitter region is formed in a semiconductor substrate with a base doping by means of diffusion of a dopant opposite to the base doping, so that a pn junction is formed between emitter region and base-doped region of the semiconductor substrate.
Ebenso ist es bekannt, den Emitter durch Aufbringen einer oder mehrerer Schichten auf ein Basissubstrat auszubilden, insbesondere durch Aufbringen einer Emitterschicht aus amorphem Silizium auf einem Basissubstrat bestehend aus monokristallinem Silizium. Die Emitterschicht weist auch hier einen zu der Basis entgegengesetzten Dotierungstyp auf, so dass sich zwischen Emitter und Basis ein pn-Übergang ausbildet. Da die amorphe Siliziumschicht des Emitters gegenüber dem kristaliinen Silizium der Basis eine unterschiedliche Bandlücke aufweist, bildet sich ein so genannter Hetero-pn-Übergang aus, so dass ein so genannter Heteroemitter vorliegt. It is also known to form the emitter by applying one or more layers to a base substrate, in particular by applying an emitter layer of amorphous silicon on a base substrate consisting of monocrystalline silicon. Here, too, the emitter layer has an opposite doping type to the base, so that a pn junction is formed between the emitter and the base. Since the amorphous silicon layer of the emitter has a different band gap with respect to the crystalline silicon of the base, a so-called hetero-pn junction is formed, so that a so-called hetero-emitter is present.
Sofern Basissubstrat und amorphe Siliziumschicht den gleichen Dotierungstyp, jedoch unterschiedliche Dotierkonzentrationen aufweisen, entsteht ebenfalls ein HeteroÜbergang, in diesem Fall eine sogenannte„High-Low-Junction". Ein solcher HeteroÜbergang wird zur Ausbildung von Heterokontakten verwendet: Auch bei der Kontaktierung der Halbleiterbereiche sind unterschiedliche physikalische Kontaktarten bekannt: Typischerweise wird eine metallische Kontaktie-
rungsstruktur mittelbar oder unmittelbar auf den zu kontaktierenden Haibleiter- bereich aufgebracht. Hierbei ist insbesondere die Ausbildung eines Ohmschen Kontaktes und eines Schottky-Kontaktes bekannt. Ebenfalls als spezielle Ausbildung eines Hetero-Kontaktes sind auch MOS/MlS-Kontakte bekannt. Eine spezielle Ausführung von MOS/MIS Kontakten ist folgender Aufbau, Substrat/Tunneloxid/dotierte poly-Si-Schicht. Solche Kontaktarten sind bei Halbleitern bekannt und beispielsweise beschrieben in Peter Würfet, Physics of Solar Cells: From Principles to New Concepts. 2005, Weinheim: WHey-VCH. (HeteroKontakt: Kapitel 6.6, S. 127ff; Schottky-Kontakt: Kapitel 6.7.1 , S. 131 f; MIS- Kontakt: Kapitel 6,7.2, S.132) und Sze, S. M., Semiconductor devices: Physics and Technology. 1985, New York: John Wiley & sons. (MOS-Kontakt: Kapitel 5.4, S.186; Metall-Halbleiterkontakt: Kapitel 5.1 , S. 160ff.). If the base substrate and the amorphous silicon layer have the same doping type but different doping concentrations, a heterojunction is also formed, in this case a so-called "high-low junction." Such a heterojunction is used to form heterocontacts physical contact types are known: Typically, a metallic contact structure applied directly or indirectly to the Haibleiter- to be contacted area. Here, in particular, the formation of an ohmic contact and a Schottky contact is known. Also known as a special formation of a hetero-contact MOS / MIS contacts are known. A specific embodiment of MOS / MIS contacts is the following structure, substrate / tunnel oxide / doped poly-Si layer. Such contact types are known in semiconductors and are described, for example, in Peter Dice, Physics of Solar Cells: From Principles to New Concepts. 2005, Weinheim: WHey-VCH. (HeteroContact: Chapter 6.6, p. 127ff; Schottky contact: Chapter 6.7.1, p. 131 f; MIS contact: Chapter 6.7.2, p.132) and Sze, SM, Semiconductor devices: Physics and Technology. 1985, New York: John Wiley & sons. (MOS contact: chapter 5.4, p.186; metal-semiconductor contact: chapter 5.1, p. 160ff.).
Heteroübgergänge werden klassischerweise als Übergänge von Materialien un- terschiediicher Bandlücke bezeichnet. Heterokontakte können aber auch unter Anordnung einer Tunnelschicht zwischen Halbleitersubstrat und Heteroüber- gangsschicht ausgebildet sein, beispielsweise als Sub- strat/Tunneloxid/Siliziumhaltige Schicht bzw. MIS-Kontakte wie zuvor beschrieben. Die Bezeichnung„HeteroÜbergang" wird in dieser Anmeldung in diesem umfassenden Sinn verwendet. Die„Hetero"-Eigenschaft des HeteroDbergangs kann somit in einer unterschiedlichen Bandlücke zwischen Halbleitersubstrat und Heteroübergangsschicht und/oder zwischen Tunnelschicht und Heteroüber- gangsschicht begründet sein. Die Bezeichnung„HeteroÜbergang" umfasst in dieser Anmeldung wie eingangs bereits erwähnt sowohl Übergänge mit Schichten unterschiedlicher Dotierungstypen, insbesondere zur Ausbildung von Heteroemittern, als auch Übergänge mit Schichten gleicher Dotierungstypen, insbesondere zur Ausbildung von Hete- rokontakten. Heteroerges are classically referred to as transitions of materials of different bandgap. However, heterocontacts can also be formed by arranging a tunnel layer between the semiconductor substrate and the heterojunction layer, for example as a substrate / tunnel oxide / silicon-containing layer or MIS contacts as described above. The term "heterojunction" is used in this application in this broad sense, and the "hetero" property of the heterojunction can therefore be based on a different bandgap between the semiconductor substrate and the heterojunction layer and / or between the tunnel layer and the heterojunction layer. As already mentioned above, the term "heterojunction" in this application encompasses both transitions with layers of different doping types, in particular for the formation of heteroemitters, as well as transitions with layers of the same doping types, in particular for the formation of heterocontacts.
Analog zu der hinsichtlich der Emitter eingeführten Definition werden vorliegend solche Kontakte, die keine Heterokontakte sind, als Homokontakte bezeichnet. Analogous to the definition introduced with regard to the emitters, in the present case such contacts which are not heterocontacts are referred to as homocontacts.
Es besteht ein Bedarf an Herstellungsverfahren für Solarzellen, welche diffun- dierte Dotierbereiche mit HeteroÜbergängen kombinieren. Dies kann beispielsweise die Kombination eines Hetero-pn-Übergangs mit einem Basishochdotie-
rungsbereich, d. h. einem gegenüber der Basisdotierung höher dotierten Bereich des Basisdotierungstyps (auch bei Anordnung an der Rückseite„BSF", Back Surface Field" und bei Anordnung an der Vorderseite„FSF", Front Surface Fieid genannt) sein. Ebenso kann dies die Kombination eines Heterokontaktes mit einem mittels Diffusion eines Dotierstoffes erzeugten Homoemitters und unter entsprechender Ausbildung eines Homo-pn-Übergangs sein. There is a need for solar cell fabrication methods that combine diffused dopant regions with heterojunction transitions. This can be, for example, the combination of a hetero-pn junction with a base hole This means that a region of the basic doping type which is more heavily doped than the base doping (also known as "BSF", "Back Surface Field" in the case of an arrangement at the front and "FSF" in the front, can also be the combination of a Heterocontacts with a generated by diffusion of a dopant homo-emitter and with appropriate formation of a homo-pn junction be.
Eine Solarzelle, welche einen Heteroemitter mit einem Homokontakt für die Basis kombiniert, ist beispielsweise aus US 7,199,395 B2 bekannt. A solar cell combining a hetero emitter with a homocontact for the base is known, for example, from US Pat. No. 7,199,395 B2.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein im Vergleich zu den vorbekannten Verfahren prozessunaufwändigeres und/oder kostengünstigeres Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle mit mindestens einem eindiffundierten Dotierbereich und mindestens einem HeteroÜbergang zu schaffen. Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 . It is an object of the present invention to provide a process-consuming and / or less expensive process for producing a photovoltaic solar cell having at least one diffused doping region and at least one heterojunction in comparison with the previously known processes. This problem is solved by a method according to claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen. Advantageous embodiments of the method according to the invention will become apparent from the claims 2 to 15. Hereby, the wording of all claims is explicitly incorporated by reference in the description.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Hersteilen einer photovoltaischen Solarzelle mit mindestens einem eindiffundierten Dotierbereich und mindestens einem HeteroÜbergang umfasst folgende Verfahrensschritte: In einem Verfahrensschritt A wird ein Halbleitersubstrat mit einer Basisdotierung bereitgestellt. The method according to the invention for producing a photovoltaic solar cell having at least one diffused doping region and at least one heterojunction comprises the following method steps: In a method step A, a semiconductor substrate with a base doping is provided.
In einem Verfahrensschritt B wird mindestens ein Dotierbereich an einer ersten Seite des Halbleitersubstrates durch Eindiffundieren eines Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat erzeugt. Der Dotierbereich weist eine höhere Dotierung als die Basisdotierung und/oder einen zu der Basisdotierung entgegengesetzten Dotierungstyp auf. Der Dotierungsbereich kann somit als Hochdotierungsbereich wie beispielsweise als BSF ausgebildet sein. Ebenso kann der Dotierungsbereich als Emitter ausgebildet sein.
Weiterhin wird in Verfahrensschritt B ein HeteroÜbergang an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Halbleitersubstrates erzeugt. Der HeteroÜbergang wird mit einer dotierten Heteroübergangsschicht und einer mittelbar oder unmittelbar zwischen Heteroübergangsschicht und Halbleitersubstrat angeordneten dielektrischen Tunnelschicht ausgebildet. In a method step B, at least one doping region is produced on a first side of the semiconductor substrate by diffusion of a dopant into the semiconductor substrate. The doping region has a higher doping than the base doping and / or a doping type opposite to the base doping. The doping region can thus be formed as a high doping region such as BSF. Likewise, the doping region may be formed as an emitter. Furthermore, in method step B, a heterojunction is produced on a second side of the semiconductor substrate opposite the first side. The heterojunction is formed with a doped heterojunction layer and a dielectric tunnel layer arranged indirectly or directly between the heterojunction layer and the semiconductor substrate.
Wesentlich ist nun, dass in Verfahrensschritt B durch Erwärmen der Solarzelle gleichzeitig die dotierte Heteroübergangsschicht aktiviert und der Dotierstoff in den Dotierbereich eindiffundiert wird. It is essential that in method step B, by heating the solar cell, the doped heterojunction layer is simultaneously activated and the dopant is diffused into the doping region.
Es ist bekannt, dass bei HeteroÜbergängen mit dielektrischer Tunnelschicht eine Aktivierung durch Erwärmen die Güte des HeteroÜbergangs verbessern kann. Durch das Erwärmen verringert sich die Ladungsträgerrekombination, so dass im Ergebnis mit solch einem wärmebehandelten HeteroÜbergang in der Rege! eine höhere Offenkiemmspannung der Solarzelle erzielt wird. It is known that, in hetero junctions with a dielectric tunnel layer, activation by heating can improve the quality of the heterojunction. By heating, the charge carrier recombination is reduced, so that, as a result, with such a heat-treated heterojunction! a higher open-circuit voltage of the solar cell is achieved.
Bisherige verwendete Heteroemitter auf Basis von amorphen Si!icium, benötigten jedoch eine Prozessfotge bei der zuerst der eindiffundierten Dotierbereiches gebildet wird und anschließend der HeteroÜbergangs auf der gegenüber- liegenden Seite aufgebracht wird. However, previously used heteroemitters based on amorphous silicon required a process photo in which first the diffused doping region is formed and then the heterojunction is applied on the opposite side.
Untersuchungen des Anmelders haben nun gezeigt, dass überraschenderweise eine kostengünstige und/oder prozessunaufwändige Verfahrensabfolge möglich ist, indem in Verfahrensschritt B der Dotierstoff bereitgestellt wird, wenn der Heteroemitter oder Heterokontakt, welche die dielektrische Tunneischicht und die Heteroübergangsschicht aufweisen, bereits aufgebracht wurden, so dass in einem gemeinsamen Verfahrensschritt durch Erwärmen der Solarzelle gleichzeitig der bereitgestellte Dotierstoff eindiffundiert und HeteroÜbergang aktiviert werden kann. Hierdurch wird eine erhebliche Vereinfachung des Prozesses und somit eine erhebliche Verringerung der Prozesskosten möglich. Investigations by the Applicant have now shown that, surprisingly, a cost-effective and / or process-independent process sequence is possible by providing the dopant in process step B when the hetero emitter or heterocontact having the dielectric tunnel layer and the heterojunction layer has already been applied, so that in a common process step by heating the solar cell simultaneously diffused the dopant provided and heterojunction can be activated. As a result, a significant simplification of the process and thus a significant reduction in process costs is possible.
Die Aktivierung in Verfahrensschritt B erfolgt vorzugsweise in an sich bekannter Weise, insbesondere ist ein Erwärmen zumindest des Halbleitersubstrates im Bereich der ersten und zweiten Seite auf zumindest 600 °C, vorzugsweise für eine Zeitdauer von zumindest 10 min vorteilhaft. Dies entspricht an sich bekannten Parametern für eine Aktivierung eines solchen HeteroÜbergangs..
Die dielektrische Tunneischicht kann mit einem Dotierstoff dotiert oder intrinsisch {undotiert) ausgebildet sein. I n einer vorzugsweisen Ausführungsform wird in Verfahrensschritt B der Dotierstoff derart bereitgestellt, indem eine Dotierschicht, welche den Dotierstoff enthält, mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die erste Seite des Halbleitersu bstrates aufgebracht wi rd , so dass bei dem Erwärmen der Dotierstoff aus der Dotierschicht in das Halbleitersubstrat eind iffundiert. The activation in method step B is preferably carried out in a manner known per se, in particular heating of at least the semiconductor substrate in the area of the first and second side to at least 600 ° C., preferably for a period of at least 10 minutes, is advantageous. This corresponds to known parameters for activating such a heterojunction. The dielectric tunnel layer may be doped with a dopant or formed intrinsically {undoped). In a preferred embodiment, in method step B, the dopant is provided in such a way that a doping layer containing the dopant is indirectly or preferably applied directly to the first side of the semiconductor substrate, so that upon heating the dopant from the doping layer into the dopant Semiconductor substrate, iffundiert.
In dieser vorzugsweisen Ausführungsform wird somit in einfacher Weise der Emitter an lediglich einer Seite des Substrates erzeugt, ohne dass eine unerwünschte Codiffusion in anderen Bereichen des Halbleitersubstrates und insbesondere an der zweiten Seite des Halbleitersubstrates stattfindet, oder zumin- dest eine solche Codiffusion erheblich reduziert wird. In this preferred embodiment, the emitter is thus produced in a simple manner on only one side of the substrate, without unwanted codiffusion taking place in other regions of the semiconductor substrate and in particular on the second side of the semiconductor substrate, or at least such a codiffusion being considerably reduced.
I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfind ungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Aufbringen der dielektrischen Tunnelschicht und der Hete- roübergangsschicht eine Schutzschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Heteroübergangsschicht aufgebracht. I n dieser vorzugsweisen Ausführungsform wird somit die Heteroübergangsschicht durch die Schutzschicht in nachfolgende n Prozessschritten geschützt. Hierdurch ergeben sich Vorteile beispielsweise bei nachfolgenden Prozessschritten , wie z. B . Ätzschritten , insbesondere zu m Ausbilden einer Textur, bei welchen som it der Ätzvorg ang , insbe- sondere das Ausbilden ei ner Textur ledig lich auf der ersten (nicht durch eine Schutzschicht geschützten) Seite der Halbleiterschicht erfolgt oder bei einem Diffusionsvorgang , bei welchem die Sch utzsch icht als Diffusions-Schutzschicht ein Eindringen von Dotierstoffen in die Heteroübergangsschicht u nd somit ein Beeinträchtigen der Funktion der Heteroübergangsschicht und som it eine Wir- kungsg radverringerung verhindert. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, after the application of the dielectric tunnel layer and the heterojunction layer, a protective layer is applied indirectly or preferably directly to the heterojunction layer. In this preferred embodiment, the heterojunction layer is thus protected by the protective layer in subsequent process steps. This results in advantages, for example, in subsequent process steps, such. B. Etching steps, in particular for forming a texture in which the etching process, in particular the formation of a texture, occurs only on the first side (not protected by a protective layer) of the semiconductor layer or in a diffusion process in which the Sch As a diffusion-protective layer, the penetration of dopants into the heterojunction layer and thus a deterioration in the function of the heterojunction layer and, thus, an effect of reducing the effect of gyration are avoided.
Die Schutzschicht umfasst vorzugsweise mindestens eine Schicht aus der Gruppe Si Nx-Schicht, SiCvSchicht. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Schutzschicht als Schichtsystem umfassend zumindest zwei Teilschichten aus- gebildet wird , vorzugsweise mit einer ersten , dem Halbleitersubstrat zugewandten Teilschicht als Sliziumoxidschicht, insbesondere SiOx-Schicht und einer
zweiten, dem Halbleitersubstrat abgewandten Teilschicht als Siliziumnitridschicht, insbesondere SiNx-Schicht. The protective layer preferably comprises at least one layer of the group Si N x layer, SiCv layer. In particular, it is advantageous for the protective layer to be formed as a layer system comprising at least two partial layers, preferably with a first partial layer facing the semiconductor substrate as a silicon oxide layer, in particular an SiO x layer and one second, facing away from the semiconductor substrate sub-layer as a silicon nitride layer, in particular SiN x layer.
Die Schutzschicht kann somit insbesondere als Ätz-Schutzschicht oder als Diffusions-Schutzschicht ausgebildet sein. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Schutzschicht sowohl als Ätz-, als auch als Diffusions-Schutzschicht auszubilden. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, die Schutzschicht umfassend mehrere Teilschichten auszubilden. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine der Heteroübergangsschicht zugewandte Teiischicht der Schutzschicht als Diffusions- Schutzschicht auszubilden und eine der Heteroübergangsschicht abgewandte Teilschicht der Schutzschicht als Ätz-Schutzschicht auszubilden. The protective layer can thus be designed in particular as an etching protective layer or as a diffusion-protective layer. In particular, it is advantageous to form the protective layer both as an etching, and as a diffusion protective layer. It is within the scope of the invention to form the protective layer comprising a plurality of partial layers. In particular, it is advantageous to form a partial layer of the protective layer facing the heterojunction layer as a diffusion protective layer and to form a partial layer of the protective layer facing away from the heterojunction layer as an etching protective layer.
Eine Diffusions-Schutzschicht kann insbesondere ausgebildet sein als Siliziumdioxidschicht. Eine Ätz-Schutzschicht kann insbesondere ausgebildet sein als Siliziumnitridschicht. A diffusion protection layer may be formed in particular as a silicon dioxide layer. An etching protective layer may be formed in particular as a silicon nitride layer.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Verfahrensschritt B folgende Verfahrensschritte: In a preferred embodiment of the method according to the invention, method step B comprises the following method steps:
In einem Verfahrensschritt B1 erfolgt ein Aufbringen der Tunnelschicht und der Heteroübergangsschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der zweiten Seite des Halbleitersubstrates. In a method step B1, the tunneling layer and the heterojunction layer are applied indirectly or preferably directly on the second side of the semiconductor substrate.
In einem Verfahrensschritt B2 erfolgt ein Aufbringen einer Diffusionsschicht- Schutzschicht mittelbar oder bevorzugt ummittelbar an der dem Halbleitersubstrat abgewandten Seite der Heteroübergangsschicht und in einem Verfahrensschritt B3 erfolgt ein Erzeugen des Dotierbereiches an der ersten Seite mittels Diffusion aus der Gasphase. In a method step B2, a diffusion layer protective layer is applied indirectly or preferably directly on the side of the heterojunction layer facing away from the semiconductor substrate, and in a method step B3, the doping region is generated on the first side by means of diffusion from the gas phase.
Hierbei ist in Verfahrensschritt B3 die Heteroübergangsschicht durch die Diffusions-Schutzschicht geschützt, so dass eine Codiffusion in der Heteroübergangsschicht vermieden wird. In this case, in method step B3, the heterojunction layer is protected by the diffusion protection layer, so that codiffusion in the heterojunction layer is avoided.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst Verfahrensschritt B folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt Ba erfolgt ein Aufbringen der Tunnelschicht und der Heteroübergangsschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der zweiten Seite des Halbleitersubstrates. In einem Verfahrensschritt Bb erfolgt ein Aufbringen einer Ätz-Schutzschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der dem Halbleitersubstrat abgewandten Seite der Heteroübergangsschicht und in einem Verfahrensschritt Bc erfolgt ein Erzeugen einer Textur an der ersten Seite des Halbleitersubstrates mittels Ätzen, bevorzugt durch Eintauchen des Halbleitersubstrates in ein Ätzbad. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, method step B comprises the following method steps: In a method step Ba, the tunneling layer and the heterojunction layer are applied indirectly or preferably directly on the second side of the semiconductor substrate. In a method step Bb, an etching protective layer is applied indirectly or preferably directly on the side of the heterojunction layer facing away from the semiconductor substrate, and in a method step Bc a texture is produced on the first side of the semiconductor substrate by means of etching, preferably by immersing the semiconductor substrate in an etching bath ,
Hierbei wird somit in unaufwändiger und kostengünstiger weise eine Textur an der ersten Seite des Halbleitersubstrates erzeugt, weiche vorzugsweise in an sich bekannter Weise als optische Textur zur Erhöhung der Lichtausbeute ausgebildet ist. An der zweiten Seite ist hingegen keine Ausbildung einer Textur erwünscht, da dies typischerweise zu einer Erhöhung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit führt. In vorbekannten Verfahren wird typischerweise durch aufwändige Prozessfolgen zunächst eine beidseitige Textur erzeugt und anschließend die zweite Seite planarisiert. Eine solche Prozessfoige ist bei der zuvor beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform nicht notwendig. In this way, a texture on the first side of the semiconductor substrate is thus produced in a costly and inexpensive manner, which is preferably formed in a conventional manner as an optical texture to increase the light output. On the other hand, no formation of texture is desired on the second side, as this typically results in an increase in the surface recombination rate. In previously known methods, a two-sided texture is typically first created by complex process sequences, and then the second side is planarized. Such a process is not necessary in the previously described advantageous embodiment.
Insbesondere ist eine Kombination der beiden zuvor genannten vorteilhaften Ausführungsformen vorteilhaft, indem zunächst eine Textur gemäß der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte Ba, Bb und Bc erzeugt wird, wobei in Verfahrensschritt Bb die Ätz-Schutzschicht zusätzlich als Diffusions-Schutzschicht ausgebildet ist. Weiterhin wird nach Verfahrensschritt Bc gemäß Verfahrensschritt B3 der Dotierbereich ausgebildet. Hierdurch wird in besonders pro- zessunaufwändig und kostengünstiger Weise eine vorteilhafte Solarzeilenstruk- tur umfassend eine Texturierung an der ersten Seite und eines mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugten Emitters ausgebildet. In particular, a combination of the two aforementioned advantageous embodiments is advantageous in that first a texture is produced in accordance with the method steps Ba, Bb and Bc described above, wherein in method step Bb the etching protective layer is additionally designed as a diffusion protective layer. Furthermore, the doping region is formed after method step Bc according to method step B3. As a result, an advantageous solar line structure comprising texturing on the first side and an emitter produced by means of diffusion from the gas phase is formed in a particularly process-intensive and cost-effective manner.
Insbesondere eine solche Solarzelle stellt somit eine kostengünstig produzierte hocheffiziente Solarzelle dar, welche die vorteilhaften Elemente einer optischen Texturierung, eines diffundierten Dotierbereiches und eines elektrisch sehr gut passivierten Bereiches an der zweiten Seite durch Ausbildung des Heteroüber- gangs aufweist.
Wie zuvor beschrieben, liegt es im Rahmen der Erfindung, den Dotierbereich mit dem Basisdotierungstyp oder mit einem dem Basisdotierungstyp entgegensetzten Dotierungstyp zur Ausbildung eines Emitters auszubilden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, den HeteroÜbergang als Heterokontakt oder als Hete- roemitter auszubilden. Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung zur Ausbildung einer hocheffizienten Solarzelle durch Ausbilden des Dotierbereiches als Emitter und des Heteroüber- gangs als Heterokontakt erfolgt. Sofern der Dotierbereich mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugt wird, ist es vorteilhaft, dass eine sich während der Diffusion aus der Gasphase an der ersten Seite ausbildende Glasschicht in einem Ätzschritt wieder entfernt wird, derart, dass während des Ätzschritts sowohl die Glassch'scht, als auch die zuvor beschriebene Schutzschicht entfernt wird. In particular, such a solar cell thus represents a low-cost produced highly efficient solar cell, which has the advantageous elements of an optical texturing, a diffused doping region and an electrically very well passivated region on the second side by forming the heterojunction. As described above, it is within the scope of the invention to form the doping region with the base doping type or with a doping type opposite to the base doping type to form an emitter. Likewise it is within the scope of the invention to form the heterojunction as a heterocontact or as a hetero-emitter. Investigations by the applicant have shown that a particularly advantageous embodiment for forming a highly efficient solar cell by forming the doping region as an emitter and the heterojunction as heterocontact occurs. If the doping region is formed by diffusion from the gas phase, it is advantageous that that forms during the diffusion from the gas phase at the first side glass layer is removed in an etching step such that deleted during the etching step, both the GLASS ', as also the protective layer described above is removed.
In dieser vorzugsweisen Ausführungsform wird somit in einfacher Weise wie bei vorbekannten Verfahren zum Erzeugen eines Dotierbereichs aus der Gasphase die entstehende Glasschicht entfernt und hierbei kostengünstig gleichzeitig eine zuvor aufgebrachte Schutzschicht insbesondere zur Verhinderung einer Codiffu- sion in die Heteroübergangsschicht entfernt. Das gleichzeitige Entfernen von Glasschicht und Schutzschicht erfolgt vorzugsweise durch Flusssäure-haltige Säuren. In this preferred embodiment, the resulting glass layer is thus removed in a simple manner as in prior art methods for generating a doping region from the gas phase and this cost simultaneously removed a previously applied protective layer in particular to prevent a codiffusion in the heterojunction layer. The simultaneous removal of glass layer and protective layer is preferably carried out by hydrofluoric acids.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt in einem Verfahrens- schritt C ein Einbringen von Wasserstoff in die Heteroübergangsschicht und/oder an die Grenzfläche zwischen Tunnelschicht und Halbleitersubstrat. Hierdurch wird die elektrische Güte insbesondere durch weiteres Senken der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit erhöht. Vorzugsweise wird der Wasserstoff hierbei mittels RPHP eingebracht, wie beispielsweise in S. Lindekugei, et al. , "Plasma hydrogen passivation for crystalline Silicon thin-films," in Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, Spain, 2008, pp. 2232-5 beschrieben. Alternativ kann der Wasserstoff dadurch eingebracht werden, dass eine wasser- stoffhaltige Schicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Heteroüber-
gangsschicht aufgebracht wird. Hierbei erfolgt bereits durch die Prozesswärme beim Aufbringen der Schicht ein Eindiffundieren von Wasserstoff. Vorteilhafterweise wird weiterhin Wasserstoff eindiffundiert, indem anschließend mittels Erwärmung, bevorzugt auf mindestens 350 °C, zusätzlich Wasserstoff eingebracht wird. In a further preferred embodiment, hydrogen is introduced into the heterojunction layer and / or at the interface between the tunnel layer and the semiconductor substrate in a method step C. As a result, the electrical quality is increased in particular by further lowering the surface recombination speed. Preferably, the hydrogen is introduced here by means of RPHP, as described, for example, in S. Lindekugei, et al. , "Plasma hydrogen passivation for crystalline silicon thin-films," in Proceedings of the 23rd European Solar Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, Spain, 2008, p. 2232-5. Alternatively, the hydrogen can be introduced by attaching a hydrogen-containing layer indirectly or preferably directly to the heteroaromatic layer. is applied. In this case, the process heat already causes the diffusion of hydrogen during the application of the layer. Advantageously, further hydrogen is diffused by subsequently hydrogen by means of heating, preferably to at least 350 ° C, additionally introduced.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die zuvor genannte wasserstoffhal- tige Schicht als mikrokristalline Siliziumschicht, insbesondere als hydrogenisier- te mikrokristalline Siliziumcarbidschtcht ( c-SiC: H) ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass diese Schicht leitfähiger und optisch transparenter als beispielsweise eine a-Si:H-Schicht ist. Insbesondere kann ein pc-SiC-Schicht vorteilhafterweise als transparente Kontaktierung dienen und somit an sich bekannte leitfähige transparente Elektroden, beispielsweise TCO-Schichten ersetzen. Ebenso kann die wasserstoffhaltige Schicht als Siliziumnitridschicht, insbesondere hydrogenisierte Siliziumnitridschicht ausgebildet sein. Hierbei erfolgt vorzugsweise eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich 700 °C bis 900 °C, jedoch lediglich für einen Zeitraum von wenigen Sekunden, insbesondere zwischen 1 Sekunde und 30 Sekunden, bevorzugt zwischen 1 Sekunde und 15 Se- künden. Hierdurch wird in besonders effizienter Weise in einem zeitunaufwändi- gen Verfahrensschritt Wasserstoff eindiffundiert. Aufgrund der kurzzeitigen Wärmebeaufschlagung wird eine Diffusion von Dotierstoff vermieden oder zumindest verringert. I n einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird auf die Heteroüber- gangsschicht an der dem Halbieitersubstrat abgewandten Seite mittelbar oder bevorzugt unmittelbar eine metallische Kontaktierungsschicht aufgebracht. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass ein Verfahrensschritt C wie zuvor beschrieben ausgeführt wird und anschließend die metallische Kontaktierungs- schiebt aufgebracht wird. In a preferred embodiment, the aforementioned hydrogen-containing layer is formed as a microcrystalline silicon layer, in particular as hydrogenated microcrystalline silicon carbide (c-SiC: H). This has the advantage that this layer is more conductive and optically more transparent than, for example, an a-Si: H layer. In particular, a pc-SiC layer can advantageously serve as a transparent contacting and thus replace known conductive transparent electrodes, for example TCO layers. Likewise, the hydrogen-containing layer may be formed as a silicon nitride layer, in particular a hydrogenated silicon nitride layer. In this case, heating to a temperature in the range 700 ° C. to 900 ° C. is preferably carried out, but only for a period of a few seconds, in particular between 1 second and 30 seconds, preferably between 1 second and 15 seconds. As a result, hydrogen is diffused in a particularly efficient manner in a time-inconsequential process step. Due to the brief application of heat, diffusion of dopant is avoided or at least reduced. In a further preferred embodiment, a metallic contacting layer is indirectly or preferably applied directly to the heterojunction layer on the side facing away from the semi-conductor substrate. In this case, it is particularly advantageous that a method step C is carried out as described above and then the metallic contacting slide is applied.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kombiniert einen diffundierten Bereich mit einem HeteroÜbergang. Hierbei kann der diffundierte Bereich als FSF oder BSF und der Emitter als Heteroemitter ausgebildet sein. Ebenso kann der Emitter als diffundierte Homoemitter und ein FSF oder BSF als HeteroÜbergang ausgebildet sein. Es Hegt hierbei im Rahmen der Erfindung, die Basis der Solarzelle n-
dotiert oder p-dotiert auszubilden. Vorteilhaft haben sich insbesondere folgende Kombinationen erwiesen: The solar cell according to the invention combines a diffused region with a heterojunction. Here, the diffused region may be formed as FSF or BSF and the emitter as a hetero emitter. Likewise, the emitter may be formed as a diffused homo emitter and a FSF or BSF as a heterojunction. In the context of the invention, it harbors the basis of the solar cell. form doped or p-doped form. In particular, the following combinations have proven advantageous:
- Ein diffundierter, p-dotierter Emitter, insbesondere mit Bor als Dotierstoff, und ein rückseitiger n-Heterokontakt oder A diffused, p-doped emitter, in particular with boron as dopant, and a backside n-heterocontact or
- Ein diffundiertes, p-dotiertes FSF, insbesondere mit Bor als Dotierstoff, und ein rückseitiger n-Heteroemitter oder A diffused, p-doped FSF, in particular with boron as dopant, and a backside n-hetero emitter or
- Ein n-dotierter, diffundierter Emitter, insbesondere mit Phosphor als Dotierstoff und ein rückseitiger p-Heterokontakt oder - An n-doped, diffused emitter, in particular with phosphorus as a dopant and a rear p-heterocontact or
- Ein diffundiertes, n-dotiertes FSF, insbesondere mit Phosphor als Dotierstoff, und ein p-Heteroemitter. - A diffused, n-doped FSF, in particular with phosphorus as a dopant, and a p-hetero emitter.
Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigen: Further preferred features and embodiments are explained below with reference to exemplary embodiments and the figures. Showing:
Figuren 1 bis 5 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figures 1 to 5 are schematic representations of an embodiment of a method according to the invention.
In den Figuren 1 bis 5 ist schematisch der Hersteliungsprozess einer Solarzelle gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die schematischen Darstellungen sind nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 1 bis 5 bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente. In Figur 1 ist ein Verfahrensstadium dargestellt, bei welchem ein als Silizium- wafer ausgebildetes Halbieitersubstrat 1 bereitgestellt ist {Verfahrensschritt A), welches eine n-Typ-Basisdotierung aufweist. FIGS. 1 to 5 schematically show the production process of a solar cell according to an exemplary embodiment of the method according to the invention. The schematic representations are not to scale. The same reference numerals in Figures 1 to 5 denote the same or equivalent elements. FIG. 1 shows a process stage in which a semiconitor substrate 1 designed as a silicon wafer is provided {method step A), which has an n-type base doping.
Weiterhin wurde mittels nasschemischer Oxidation eine als Siliziumdioxidschicht ausgebildete Tunnelschicht a sowie eine als Siliziumcarbid (SiC)-Schicht ausgebildete Heteroübergangsschicht b unmittelbar an einer (in den Figuren unten liegend dargestellte) zweiten Seite des Halbleitersubstrates 1 aufgebracht. Dies entspricht somit Verfahrensschritt B1 gemäß Anspruch 5 und Verfahrensschritt Ba gemäß Anspruch 6. Die Siliziumoxidschicht kann ebenso mittels einem der Verfahren PECVD, LPCVD, APCVD, thermische Oxidation, Atomlagenabschei- dung oder Trockenoxidation mit UV-Strahler aufgebracht werden. Die SiC-
Schicht kann ebenso mittels einem der Verfahren PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition), APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition), LPCVD (Low Pressure Chemical Vapour Deposition), HW-CVD (Hot W'tre Chemical Vapour Deposition) oder Sputtern aufgebracht werden. Furthermore, by means of wet-chemical oxidation, a tunnel layer a designed as a silicon dioxide layer and a heterojunction layer b formed as a silicon carbide (SiC) layer were applied directly to a second side of the semiconductor substrate 1 (shown in the figures below). This therefore corresponds to method step B1 according to claim 5 and method step Ba according to claim 6. The silicon oxide layer can also be applied by means of one of the methods PECVD, LPCVD, APCVD, thermal oxidation, atomic layer deposition or dry oxidation with UV emitter. The SiC Layer may also by means of one of the process PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), HW-CVD (Hot W 'tre Chemical Vapor Deposition) or sputtering are applied ,
Auf der dem Halbleitersubstrat 1 abgewandten Seite der Heteroübergangs- schicht b wurde eine zwei Teilschichten umfassende Schutzschicht c, d aufgebracht. Die Schutzschicht c, d umfasst eine der Heteroübergangsschicht b zugewandte Diffusions-Schutzschicht c, welche als Siliziumdioxidschicht ausgebildet ist. Dies entspricht somit Verfahrensschritt B2 gemäß Anspruch 5. Die der Heteroübergangsschicht b abgewandte Teilschicht der Schutzschicht c, d ist als Ätz- Schutzschicht d ausgebildet, welche als Siliziumnitridschicht realisiert ist. Dies entspricht somit Verfahrensschritt Bb gemäß Anspruch 6. On the side of the heterojunction layer b facing away from the semiconductor substrate 1, a protective layer c, d comprising two partial layers was applied. The protective layer c, d comprises a diffusion protection layer c facing the heterojunction layer b, which is formed as a silicon dioxide layer. This therefore corresponds to method step B2 according to claim 5. The heterojunction layer b facing away from the sub-layer of the protective layer c, d is formed as an etching protective layer d, which is realized as a silicon nitride layer. This therefore corresponds to method step Bb according to claim 6.
In dem Verfahrensstand gemäß Figur 2 wurde an der oben liegend dargestellten ersten Seite des Hatbleitersubstrates 1 , welche die der elektromagnetischen Strahlung zugewandte Vorderseite der Solarzelle darstellt, eine Texturierung durch Eintauchen in ein Ätzmedium, vorliegend KOH, erzeugt. Die Textur 3 ist aufgrund der Kristallorientierung des Siliziumwafers als an sich bekannte„zufällige Pyramidentextur" (random pyramids) ausgebildet und erhöht einerseits die Absorptionswahrscheinlichkeit einfallender Photonen durch die Möglichkeit eines Mehrfachauftreffens auf die Oberfläche der Solarzelle sowie aufgrund von Schrägeinkopplung durch die Verlängerung des Lichtwegs innerhalb der Solarzelle, In the state of the method according to FIG. 2, texturing by immersion in an etching medium, in the present case KOH, was produced on the first side of the hatch substrate 1, which is the electromagnetic radiation facing front side of the solar cell. Due to the crystal orientation of the silicon wafer, the texture 3 is designed as a random pyramid. On the one hand, it increases the probability of absorption of incident photons by the possibility of multiple impacts on the surface of the solar cell and of oblique coupling due to the extension of the light path within the solar cell solar cell
Dieses Verfahrensstadium entspricht somit dem Abschluss des Verfahrensschritts Bc gemäß Anspruch 6. This stage of the method thus corresponds to the conclusion of the method step Bc according to claim 6.
Bei dem Verfahrensstand gemäß Figur 3 wurde mittels Diffusion aus der Gasphase eines Dotierstoffes Bor an der ersten Seite des Halbleitersubstrates 1 ein Dotierbereich e erzeugt. Der Dotierbereich e weist eine p-Dotierung auf, welche somit entgegengesetzt zu der Basisdotierung ist, so dass der Dotierbereich e einen Emitter darstellt und sich zwischen Emitter und dem basisdotiertem Bereich des Haibleitersubstrates 1 ein Homo-pn-Übergang ausgebildet.
Während der Bordiffusion aus der Gasphase erfolgt an der zweiten Seite kein Boreintrag in die Heteroübergangsschicht b und das Haibleitersubstrat 1 , da rückseitig aufgrund der Schutzschicht c, d, insbesondere der Diffusions- Schutzschicht c ein Eindringen von Dotierstoff verhindert wird. In the process state according to FIG. 3, a doping region e was generated by diffusion from the gas phase of a dopant boron on the first side of the semiconductor substrate 1. The doping region e has a p-doping, which is thus opposite to the base doping, so that the doping region e represents an emitter and a homo-pn junction is formed between the emitter and the base-doped region of the semiconductor substrate 1. During boron diffusion from the gas phase, no boron entry into the heterojunction layer b and the semiconductor substrate 1 takes place on the second side, since the penetration of dopant is prevented on the reverse side due to the protective layer c, d, in particular the diffusion protection layer c.
In an sich bekannter Weise bildet sich während der Diffusion aus der Gasphase an der ersten Seite des Halbieitersubstrates 1 eine Glasschicht f aus, vorliegend Borglas. Dieser Verfahrensstand entspricht somit dem Abschluss des Verfah- rensschritte B3 gemäß Anspruch 5, In a manner known per se, a glass layer f is formed during diffusion from the gas phase on the first side of the semi-precious substrate 1, in this case boron glass. This procedural state thus corresponds to the conclusion of the method step B3 according to claim 5,
Während der vorgenannten Diffusion aus der Gasphase kann nun gleichzeitig die dotierte Heteroübergangsschicht aktiviert werden und ein weiterer Dotier- stoff aus der Heteroübergangsschicht in das Halbleitersubstrat eindiffundiert werden. During the aforementioned diffusion from the gas phase, the doped heterojunction layer can now be activated at the same time and a further dopant from the heterojunction layer can be diffused into the semiconductor substrate.
I n Figur 4 ist ein Verfahrensstand dargestellt, bei welchem durch einen nasschemischen Prozessschritt mittels einer HF-haltigen Lösung gleichzeitig das Borglas F sowie die gesamte Schutzschicht c, d entfernt wurde. FIG. 4 shows a process state in which the boron glass F and the entire protective layer c, d were simultaneously removed by a wet-chemical process step by means of an HF-containing solution.
Weiterhin wurde anschließend vorderseitig eine als Siliziumnitridschicht ausgebildete Antireflexschicht g aufgebracht, um die Lichtausbeute der Solarzelle weiter zu erhöhen. Die Antireflexschicht ist als Schichtsystem umfassend eine Aluminiumoxidschicht und eine Siliziumnitridschicht ausgebildet. Hierbei ist die Aluminiumoxidschicht auf der dem Siliziumwafer zugewandten Seite angeordnet, um eine zusätzliche Passivierung des Bor Emitters zu bewirken. Furthermore, an antireflection layer g formed as a silicon nitride layer was subsequently applied on the front side in order to further increase the luminous efficacy of the solar cell. The antireflection layer is formed as a layer system comprising an aluminum oxide layer and a silicon nitride layer. In this case, the aluminum oxide layer is arranged on the side facing the silicon wafer in order to effect additional passivation of the boron emitter.
In Figur 5 ist ein Verfahrensstadium dargestellt, bei welchem zusätzlich eine ganzflächige Rückseitenmetallisierung h und in an sich bekannter Weise vorder- seitig metallische Kontaktierungsgitter h' aufgebracht wurden, wobei die vorderseitigen Metalfisierungsstrukturen h' elektrisch mit dem Emitter verbunden wurden. FIG. 5 shows a process stage in which in addition a full-area backside metallization h and in a manner known per se metallic contacting gratings h 'were applied, the front metalizing structures h' being electrically connected to the emitter.
Die Solarzelle gemäß Figur 5 weist somit den Vorteil auf, dass eine hochwertige Rückseitenpassivierung und Kontaktierung durch Ausbilden des passivierenden Heterokontakts auf der Rückseite und der zusätziichen Dotierung vorliegt, dass
das Substrat einseitig vorderseitig texturiert wurde, ohne dass nachträglich ein P!anarisierungsvorgang an der Rückseite notwendig ist und dass während der Emitterdiffusion aus der Gasphase ein Eindringen von Dotierstoff an der Rückseite der Solarzelte und in die Heteroübergangsschicht in einfacher Weise vermieden wurde. The solar cell according to FIG. 5 thus has the advantage that a high-quality backside passivation and contacting by forming the passivating heterocontact on the rear side and the additional doping is present the substrate was textured on one side on the front side, without the need for a post-varianization process on the back side, and penetration of dopant at the back side of the solar cell and into the heterojunction layer was avoided in a simple manner during emitter diffusion from the gas phase.
Hierdurch ist somit eine kostengünstige Herstellung einer hocheffizienten photo- voltaischen Solarzelle möglich. As a result, a cost-effective production of a highly efficient photovoltaic solar cell is thus possible.
!n der nachfolgenden Tabelle werden vorzugsweise Parameterbereiche sowie unterstrichen dargestellt die in diesem Ausführungsbetspiel vorliegenden Parameter und gegebenenfalls die Herstellungsmethoden der einzelnen Schichten aufgeführt: In the following table, preferably parameter ranges and underlined are shown the parameters present in this embodiment and, if appropriate, the production methods of the individual layers:
Rückseiten- Aa, TCO/Ag 100 nm - 5μηι Metallisierung (h) TCO/AI 1 pm Backside Aa, TCO / Ag 100 nm - 5μηι metallization (h) TCO / Al 1 pm
Vorderseiten- TiPdAg, PdAg, Höhe: Front TiPdAg, PdAg, height:
Metallisierung (η') AgAI-Paste, Nj^ 1 μιτι-50 pm Metallization (η ') AgAI paste, Nj ^ 1 μιτι-50 pm
Cu 10 um; Cu 10 μm;
Breite: Width:
5pm - 50 μηη 1 5 μηη
5pm - 50μηη 1 5 μηη
Claims
1 . Verfahren zum Hersteilen einer photovoltaischen Solarzelle mit mindestens einem eindiffundierten Dotierbereich (e) und mindestens einem HeteroÜbergang , folgende Verfahrensschritte umfassend: 1 . Method for producing a photovoltaic solar cell having at least one diffused doping region (e) and at least one heterojunction, comprising the following method steps:
A Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1) mit einer Basisdotierung; A providing a semiconductor substrate (1) with a base doping;
B Erzeugen mindestens eines Dotierbereichs (e) an einer ersten Seite des Halbleitersubstrats (1 ) durch Eindiffundieren eines Dotierstoffes in das Halbleitersubstrat (1 ), welcher Dotierbereich (e) eine höhere Dotierung als die Basisdotierung und/oder einen zu der Basisdotierung entgegengesetzten Dotterungstyp aufweist und Erzeugen eines HeteroÜbergangs an der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Halbleitersubstrats (1 ), welcher HeteroÜbergang mit einer dotierten Heteroübergangsschicht (b) und einer mittelbar oder unmittelbar zwischen Heteroübergangsschicht (b) und Halbleitersubstrat (1 ) angeordneten dielektrischen Tunnelschicht (a) ausgebildet; dadurch gekennzeichnet, B generating at least one doping region (e) on a first side of the semiconductor substrate (1) by diffusion of a dopant into the semiconductor substrate (1), which doping region (e) has a higher doping than the base doping and / or an opposite doping type to the base doping, and Generating a heterojunction on the first side opposite the second side of the semiconductor substrate (1), which heterojunction is formed with a doped heterojunction layer (b) and a dielectric tunnel layer (a) arranged directly or indirectly between heterojunction layer (b) and semiconductor substrate (1); characterized,
dass in Verfahrensschritt B Tunnelschicht (a) und Heteroübergangsschicht (b) vor Eindtfiundieren des Dotierbereichs (e) aufgebracht werden und in method step B, the tunneling layer (a) and the heterojunction layer (b) are applied prior to the diffusion of the doping region (e), and
dass durch Erwärmen der Solarzelle in Verfahrensschritt B gleichzeitig die dotierte Heteroübergangsschicht (b) aktiviert und der Dotierstoff in den Dotierbereich (e) etndiffundiert wird, in that, by heating the solar cell in method step B, the doped heterojunction layer (b) is simultaneously activated and the dopant is etched into the doping region (e),
2. Verfahren nach Anspruch 1 , 2. The method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in Verfahrensschritt B ein Erwärmen zumindest des Halbleitersubstrats (1 ) im Bereich der ersten und zweiten Seite auf zumindest 600*C erfolgt, vorzugsweise für eine Zeitdauer von zumindest 10 Minuten.
in process step B, heating of at least the semiconductor substrate (1) in the region of the first and second side to at least 600 * C, preferably for a period of at least 10 minutes.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized
dass in Verfahrensschritt B der Dotierbereich (e) erzeugt wird, indem eine Dotierschicht, welche den Dotierstoff enthält, mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die erste Seite des Halbleitersubstrats (1 ) aufgebracht wird, so dass bei dem Erwärmen der Dotierstoff aus der Dotierschicht in das Halbleitsubstrats eindiffundiert. in method step B, the doping region (e) is produced by indirectly or preferably directly applying a doping layer containing the dopant to the first side of the semiconductor substrate (1), such that upon heating the dopant from the doping layer into the semiconductor substrate diffused.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 4. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass vor dem Eindiffundieren des Dotierbereichs (e) eine Schutzschicht (c,d) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die dem Halbleitersubstrat (1 ) abgewandte Seite der HeteroDbergangsschicht (b) aufgebracht wird. a protective layer (c, d) is indirectly or preferably applied directly to the side of the hetero-junction layer (b) facing away from the semiconductor substrate (1) before the diffusion of the doping region (e).
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 5. Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Verfahrensschritt B folgende Verfahrensschritte umfasst: that method step B comprises the following method steps:
B 1 Aufbringen der Tunnelschicht (a) und der Heteroübergangsschicht (b) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der zweiten Seite des Halbleitersubstrats (1 ); B 1 applying the tunneling layer (a) and the heterojunction layer (b) indirectly or preferably directly on the second side of the semiconductor substrate (1);
B2 Aufbringen einer Diffusions-Schutzschicht (c) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der dem Halbleitersubstrat (1 ) abgewandten Seite der Heteroübergangsschicht und B2 applying a diffusion protection layer (c) indirectly or preferably directly on the semiconductor substrate (1) facing away from the heterojunction layer and
B3 Erzeugen des Dotierbereichs (e) an der ersten Seite mitteis Diffusion aus der Gasphase. B3 generating the doping region (e) on the first side by diffusion from the gas phase.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass Verfahrensschritt B folgende Verfahrensschritte umfasst: that method step B comprises the following method steps:
Ba Aufbringen der Tunnelschicht (a) und der Heteroübergangsschicht (b) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der zweiten Seite des
Halbleitersubstrats (1 ); Ba applying the tunneling layer (a) and the heterojunction layer (b) indirectly or preferably directly on the second side of the Semiconductor substrate (1);
Bb Aufbringen einer Ätz-Schutzschicht (d) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar an der dem Haibleitersubstrat (1 ) abgewandten Seite der Heteroübergangsschicht (b) und Bb applying an etching protective layer (d) indirectly or preferably directly on the side facing away from the semiconductor substrate (1) side of the heterojunction layer (b) and
Bc Erzeugen einer Textur (3) an der ersten Seite des Halbleitersubstrats (1 ) mittels Ätzen, insbesondere durch eintauchen des Halbleitersubstrats (1 ) in ein Ätzbad. Bc generating a texture (3) on the first side of the semiconductor substrate (1) by means of etching, in particular by immersing the semiconductor substrate (1) in an etching bath.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 6, 7. Process according to claims 5 and 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zunächst eine Textur (3) gemäß Anspruch 6 erzeugt wird, wobei in Verfahrensschritt Bb die Ätz-Schutzschicht (d) zusätzlich als Diffusions- Schutzschicht (c) ausgebildet ist und dass nach Verfahrensschritt Bc gemäß Verfahrensschritt B3 der Dotierbereich (e) ausgebildet wird. a texture (3) is first produced according to claim 6, wherein in process step Bb the etching protection layer (d) is additionally formed as a diffusion protection layer (c) and after step Bc according to process step B3 the doping region (e) is formed.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 6, 8. The method according to any one of the preceding claims 4 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Schutzschicht (c,d) umfassend mindestens eine Schicht aus der Gruppe SiNx-Schicht, SäOx-Schicht ausgebildet wird. the protective layer (c, d) comprising at least one layer of the group SiNx layer, SäOx layer is formed.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 7, 9. Method according to one of the preceding claims 4 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Schutzschicht (c,d )als Schichtsystem umfassend zumindest zwei Teüschichten ausgebildet wird, vorzugsweise, the protective layer (c, d) is formed as a layer system comprising at least two partial layers, preferably,
dass eine erste, dem Haibleitersubstrat (1 ) zugewandte Teilschicht als SiOx-Schicht und eine zweite, dem Haibleitersubstrat (1 ) abgewandte Teilschicht als SiNx-Schicht ausgebildet wird. a first partial layer facing the semiconductor substrate (1) is formed as an SiO x layer and a second partial layer facing away from the semiconductor substrate (1) is formed as a SiN x layer.
10. Verfahren einem der vorangegangenen Ansprüche 4 bis 9, 10. Method according to one of the preceding claims 4 to 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Dotierbereich (e) mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugt wird, bevorzugt gemäß Anspruch 5 und in that the doping region (e) is produced by diffusion from the gas phase, preferably according to claim 5 and
dass eine sich während der Diffusion aus der Gasphase an der ersten Seite ausbildende Glasschicht (f) in einem Ätzschritt wieder entfernt wird,
derart, dass während des Ätzschritts sowohl die Glasschtcht (f), als auch die Schutzschicht (c,d) entfernt wird. a glass layer (f) forming on the first side during the diffusion from the gas phase is removed again in an etching step, such that both the glass sheet (f) and the protective layer (c, d) are removed during the etching step.
1 1 .Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 1 1 .Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in einem Verfahrensschritt C ein Einbringen von Wasserstoff in die Heteroübergangsschicht (b)und/oder an die Grenzfläche zwischen Tun- nelschicht(a) und Halbleitersubstrat (1 ) eindiffundiert wird. in a method step C, an introduction of hydrogen into the heterojunction layer (b) and / or to the interface between the tunnel layer (a) and the semiconductor substrate (1) is diffused.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , 12. The method according to claim 1 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Wasserstoff mittels RPHP eingebracht wird. that the hydrogen is introduced by means of RPHP.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , 13. The method according to claim 11,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Wasserstoff eingebracht wird, indem eine wasserstoffhaitige Schicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Heteroübergangsschicht aufgebracht und vorzugsweise anschließend eine Erwärmung, bevorzugt auf mindestens 350°C, erfolgt. the hydrogen is introduced by applying a hydrogen-containing layer indirectly or preferably directly to the heterojunction layer, and then preferably followed by heating, preferably to at least 350 ° C.
14. Verfahren nach Anspruch 13, 14. The method according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die wasserstoffhaitige Schicht eine mikrokristalline Siliziumschicht oder eine Siliziumnitridschicht ist. the hydrogen-containing layer is a microcrystalline silicon layer or a silicon nitride layer.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, 15. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass auf die Heteroübergangsschicht (b) an der dem Halbleitersubstrat (1 ) abgewandten Seite mittelbar oder bevorzugt unmittelbar eine metallische Kontakiierungsschicht aufgebracht wird, vorzugsweise, dass Verfahrensschritt C nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 ausgeführt wird und danach die metallische Kontaktierungsschicht aufgebracht wird.
a metallic contacting layer is applied directly or preferably directly to the heterojunction layer (b) on the side facing away from the semiconductor substrate (1), preferably that method step C according to any one of claims 11 to 14 is carried out and then the metallic contacting layer is applied.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14771591 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14771591 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |