WO2023041177A1

WO2023041177A1 - Dotieren eines siliziumsubstrats durch laserdotierung mit anschliessendem hochtemperaturschritt

Info

Publication number: WO2023041177A1
Application number: PCT/EP2021/075723
Authority: WO
Inventors: Matthias Leo HEILIG; Daniel Wurmbrand; Barbara Terheiden
Original assignee: Universität Konstanz
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2023-03-23
Also published as: EP4402728A1

Abstract

Ein Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats (1), insbesondere für eine Solarzelle (25), umfasst: Beschichten einer Oberfläche des Siliziumsubstrats mit einem Schichtstapel (7) aus mindestens zwei Glasschichten (9, 11), sodass der Schichtstapel zumindest einen zu dotierenden ersten Bereich (3) und einen zu dotierenden zweiten Bereich (5) des Siliziumsubstrats bedeckt, wobei der Schichtstapel eine Bor als p-Typ-Dotierstoff enthaltende erste Glasschicht (9) und eine Phosphor als n-Typ-Dotierstoff enthaltende zweite Glasschicht (11) umfasst; Bestrahlen des mit dem Schichtstapel bedeckten ersten Bereichs mit Laserstrahlung (17) derart, dass Dotierstoff überwiegend aus derjenigen der zwei Glasschichten, die der Oberfläche des Siliziumsubstrats näher liegt als die andere der zwei Glasschichten, oberflächennah in das Siliziumsubstrat eingebracht wird und der Schichtstapel ablatiert wird, um einen dotierten ersten Bereich zu erhalten, von dem der Schichtstapel ablatiert ist, wobei der mit dem Schichtstapel bedeckte zweite Bereich nicht mit der Laserstrahlung bestrahlt wird und somit der Schichtstapel dort nicht ablatiert wird; und, anschließend, Erhitzen des Siliziumsubstrats in einem Ofen (19) auf eine Temperatur von mindestens 700 °C derart, dass Dotierstoff überwiegend aus einer der zwei Glasschichten oberflächennah in das Siliziumsubstrat eingebracht wird, um einen dotierten zweiten Bereich zu erhalten, dessen Dotierung sich in ihrer Polarität und/oder Dotierungsstärke von einer Dotierung des dotierten ersten Bereichs unterscheidet.

Description

DOTIEREN EINES SILIZIUMSUBSTRATS

DURCH LASERDOTIERUNG MIT ANSCHLIESSENDEM

HOCHTEMPERATURSCHRITT

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats, insbesondere für eine Solarzelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle unter Verwendung eines im erstgenannten Verfahren dotierten Siliziumsubstrats sowie eine Solarzelle, die ein derart dotiertes Siliziumsubstrat umfasst.

Technologischer Hintergrund

Siliziumsubstrate werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise können mit Siliziumsubstraten in Form eines Wafers oder einer Dünnschicht Solarzellen oder andere elektronische Bauelemente hergestellt werden. In dem Siliziumsubstrat werden hierzu meist angrenzend an dessen Oberfläche verschiedene Teilbereiche erzeugt, die sich hinsichtlich der darin eingebrachten Dotierstofftypen und/oder Dotierstoffkonzentrationen unterscheiden. Dotierstoffe, die frei bewegliche negative Ladungen, d. h. Elektronen, generieren, wie beispielsweise Phosphor, können gemäß ihrer Polarität als n-Typ- Dotierstoffe bezeichnet werden. Umgekehrt können Dotierstoffe, die positive Ladungen, d. h. Löcher, generieren, wie beispielsweise Bor, gemäß ihrer Polarität als p-Typ-Dotier- stoffe bezeichnet werden. Je nachdem, mit welchem Dotierstoff und mit welcher Dotierstoffkonzentration ein Teilbereich überwiegend dotiert ist, bildet sich darin in einem Teilbereich, der an einen Teilbereich mit anderer Dotierung angrenzt, aufgrund von Ladungsträgerdiffusion ein elektrisches Potenzial aus. Durch geeignetes Anordnen der Teilbereiche können für ein bestimmtes Halbleiterbauelement an Übergängen zwischen den Teilbereichen Potenzialdifferenzen beispielsweise in Form von p-n-Übergängen erzeugt und damit gewünschte Funktionen bewirkt werden. Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung überwiegend mit Bezug auf ein Siliziumsubstrat zur Herstellung einer Solarzelle beschrieben, da Vorteile, die die Erfindung ermöglicht, bei der Herstellung von Solarzellen besonders gut genutzt werden können. Ausführungsformen der Erfindung können jedoch auch zur Herstellung von Siliziumsubstraten für andere Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise für mikroelektronische Bauelemente, Leistungshalbleiterbauelemente, Bauelemente der Speichertechnik und Ähnliches.

Solarzellen werden als photovoltaische Elemente zur Umwandlung von Licht in elektrische Energie eingesetzt. In einem Halbleitersubstrat wie zum Beispiel einem Siliziumwafer sind hierzu verschiedene dotierte Teilbereiche vorgesehen. Aufgrund unterschiedlicher Arten oder Dichten von freien Ladungsträgern innerhalb der verschiedenen Teilbereiche kommt es an Grenzflächen zwischen benachbarten Teilbereichen zur Ausprägung eines Potenzialunterschieds. Mittels eines solchen Potenzialunterschieds können Ladungsträgerpaare, die in der Nähe dieser Grenzflächen durch Absorption von Licht erzeugt wurden, räumlich getrennt werden.

Es existieren zahlreiche Solarzellenkonzepte, wonach verschieden dotierte Teilbereiche in geeignet angepasster Geometrie in einem Siliziumsubstrat erzeugt werden können, um gewünschte Funktionalitäten wie beispielsweise eine effiziente Einsammlung generierter Ladungsträger, eine geringe Abschattung durch Metallkontakte an einer der Sonne zugewandten Oberfläche der Solarzelle oder die Möglichkeit einer guten Passivierung von Oberflächen der Solarzelle zu schaffen. Beispielsweise wurden Rückkontaktsolarzellen entwickelt, bei denen beide Kontakttypen, d. h. Kontakte, die p-Typ-Bereiche kontaktieren, und Kontakte, die n-Typ-Bereiche kontaktieren, an der Rückseite des Siliziumsubstrats angeordnet sind, sodass es zu keiner kontaktbedingten Abschattung auf der der Sonne zugewandten Seite der Solarzelle kommt und die Möglichkeit besteht, insbesondere die frontseitige Oberfläche des Siliziumsubstrats sehr effizient zu passivieren. Beispiele für solche Rückkontaktsolarzellen sind IBC-Solarzellen (interdigitated back contact), bei denen Kontaktfinger zum Kontaktieren beider Polaritäten an der rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats ineinander verschachtelt angeordnet sind.

Im Rahmen der Herstellung von Siliziumsolarzellen gibt es unterschiedliche Methoden, um verschieden dotierte Teilbereiche in einem Siliziumsubstrat zu erzeugen.

Beispielsweise können die Teilbereiche, die mit einem bestimmten Dotierstoff dotiert werden sollen, in einem Ofen bei hohen Temperaturen einer Atmosphäre ausgesetzt wer- den, die diesen Dotierstoff enthält, sodass sich der Dotierstoff an der Oberfläche des Siliziumsubstrats anlagern und in das Siliziumsubstrat eindiffundieren kann. Teilbereiche des Siliziumsubstrats, die hierbei nicht dotiert werden sollen, können beispielsweise mit einer Maskierungsschicht gegen das Anlagern und Eindiffundieren von Dotierstoffen geschützt werden. Als Maskierungsschichten können beispielsweise Schichten geeigneter Dicke aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid eingesetzt werden. Dotierte Teilbereiche verschiedener Polarität können in einem Siliziumsubstrat im Allgemeinen dadurch erzeugt werden, dass das Siliziumsubstrat nacheinander verschiedenen Atmosphären mit unterschiedlichen Dotierstoffen ausgesetzt wird und zuvor jeweils die nicht zu dotierenden Teilbereiche maskiert werden. Dotierte Teilbereiche gleicher Polarität, aber unterschiedlicher Dotierstoffkonzentrationen und damit unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit können beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass zunächst über den gesamten Bereich Dotierstoffe homogen eindiffundiert werden und anschließend einzelne Teilbereiche zurückgeätzt werden.

Alternativ können verschieden dotierte Teilbereiche erzeugt werden, indem beispielsweise mit Dotierstoffen versetzte Schichten auf die Oberfläche der zu dotierenden Teilbereiche aufgebracht werden und dann das Siliziumsubstrat einschließlich der darauf aufgebrachten Schichten erhitzt wird, um die Dotierstoffe aus den Schichten in das Siliziumsubstrat eindiffundieren zu lassen.

In der WO 2016/001132 Al wird ein Verfahren zum Erzeugen von unterschiedlich dotierten Bereichen in einem Siliziumsubstrat, insbesondere für eine Solarzelle, beschrieben.

Offenbarung der Erfindung

Es kann Bedarf an einem alternativen Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats bestehen, das im Vergleich zu herkömmlichen Dotierungsverfahren deutlich weniger Schritte umfasst. Insbesondere kann Bedarf an einem Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats bestehen, das ohne jegliche Maskierungsschritte auskommt. Es kann ferner Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle unter Verwendung eines derart dotierten Siliziumsubstrats sowie an einer Solarzelle, die ein derart dotiertes Siliziumsubstrat umfasst, bestehen. Die vorgenannten Verfahren können einfach durchgeführt werden. Insbesondere können zwei, drei oder mehr als drei verschieden dotierte Bereiche in ein und demselben Siliziumsubstrat in ein und demselben Prozess erzeugt werden. Diesem Bedarf kann mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren dargelegt.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats, insbesondere für eine Solarzelle, nachstehend auch Dotierungsverfahren genannt. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte, die in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden können: (i) Beschichten einer Oberfläche des Siliziumsubstrats mit einem Schichtstapel aus mindestens zwei Glasschichten, sodass der Schichtstapel zumindest einen zu dotierenden ersten Bereich und einen zu dotierenden zweiten Bereich des Siliziumsubstrats bedeckt, wobei der Schichtstapel eine Bor als p-Typ-Dotierstoff enthaltende erste Glasschicht und eine Phosphor als n-Typ-Dotierstoff enthaltende zweite Glasschicht umfasst; (ii) Bestrahlen des mit dem Schichtstapel bedeckten ersten Bereichs mit Laserstrahlung derart, dass Dotierstoff überwiegend aus derjenigen der zwei Glasschichten, die der Oberfläche des Siliziumsubstrats näher liegt als die andere der zwei Glasschichten, oberflächennah in das Siliziumsubstrat eingebracht wird und der Schichtstapel ablatiert wird, um einen dotierten ersten Bereich zu erhalten, von dem der Schichtstapel ablatiert ist, wobei der mit dem Schichtstapel bedeckte zweite Bereich nicht mit der Laserstrahlung bestrahlt wird und somit dort der Schichtstapel nicht ablatiert ist; und, anschließend, (iii) Erhitzen des Siliziumsubstrats in einem Ofen auf eine Temperatur von mindestens 700 °C derart, dass Dotierstoff überwiegend aus einer der zwei Glasschichten oberflächennah in das Siliziumsubstrat eingebracht wird, um einen dotierten zweiten Bereich zu erhalten, dessen Dotierung sich in ihrer Polarität und/oder Dotierungsstärke von einer Dotierung des dotierten ersten Bereichs unterscheidet.

Bei dem Siliziumsubstrat kann es sich beispielsweise um einen Siliziumwafer handeln, also eine typischerweise wenigstens 100 pm dicke Scheibe aus mono-, multi- oder polykristallinem Silizium. Alternativ kann das hier beschriebene Siliziumsubstrat jedoch auch eine Dünnschicht sein, d. h. eine typischerweise zwischen 5 nm und 50 pm, meist zwischen 0,5 pm und 20 pm, dicke Schicht aus Silizium, das kristallin oder amorph vorliegen kann. In einer speziellen Ausgestaltung kann das Siliziumsubstrat beispielsweise eine zwischen 10 nm und 1 pm, insbesondere zwischen 20 nm und 200 nm, dicke Schicht sein, wie sie z.B. in Heterojunctionsolarzellen zur Bildung von passivierten Kontakten eingesetzt werden kann. Insbesondere kann das hier beschriebene Siliziumsubstrat ein eigenständiges, vorzugsweise selbsttragendes Substrat sein oder als dünne Schicht von einem anderen Substrat getragen werden. Das Beschichten des Siliziumsubstrats kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung wie etwa APCVD (atmospheric pressure chemical vapour deposition) oder PECVD (plasma-enhanced chemical vapour deposition), durch Sputtern, durch Aufdampfen, etwa mittels eines Elektronenstrahls, durch Aufwachsen im Diffusionsofen oder durch eine Kombination aus mindestens zwei dieser Beispiele durchgeführt werden. Die wenigstens zwei Glasschichten des durch das Beschichten auf dem Siliziumsubstrat abgeschiedenen Schichtstapels können hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften durch Parameter, wie sie beim Beschichten eingestellt werden, beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine chemische Zusammensetzung einer Glasschicht sowie eine Art und Konzentration von in einer Glasschicht enthaltenen Dotierstoffen z. B. durch eine geeignete Wahl von Materialquellen und/oder von Prozessparametern wie unter anderem Prozesstemperaturen, Abscheidedauern, Gasflüssen, etc. beeinflusst werden. Auch eine Dicke von Glasschichten kann durch gezielte Wahl von Prozessparametern gezielt beeinflusst werden. Die mehreren Glasschichten des Schichtstapels können vorzugsweise in einem gemeinsamen Abscheideprozess und/oder mithilfe einer gemeinsamen Abscheidevorrichtung abgeschieden werden.

Unter „Glasschicht“ kann eine Schicht verstanden werden, die signifikante Mengen eines Silizium dotierenden Elements, d. h. eines Dotierstoffs, enthält, wobei Atome oder allgemein Teilchen des Dotierstoffs in ein die Glasschicht bildendes (Glas-)Material eingelagert sein können. Meist macht die Menge des Dotierstoffs nur einen gewissen Anteil der Glasschicht aus, beispielsweise mit Konzentrationen im Bereich von lel8 cm ³ bis 2e22 cm ³. Sobald die Atome oder Teilchen in benachbartes Halbleitermaterial eindiffundieren, bewirken sie dort als elektrisch aktive Störstellen eine Dotierung und ändern somit das elektrische Verhalten des Halbleitermaterials. Die Glasschicht kann beispielsweise als dielektrische Schicht ausgeführt sein, in der Dotierstoff in ein Dielektrikum wie beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid eingelagert ist. Die erste Glasschicht kann beispielsweise eine Borsilikatglasschicht sein. Die zweite Glasschicht kann beispielsweise eine Phosphorsilikatglasschicht sein.

Das Bestrahlen des mit dem Schichtstapel bedeckten ersten Bereichs mit der Laserstrahlung stellt einen Prozessschritt dar, der für das hier beschriebene Dotierungsverfahren speziell angestrebte Eigenschaften und Effekte bewirken soll und bei dem Eigenschaften der hierbei eingesetzten Laserstrahlung speziell gewählt bzw. angepasst werden sollen. Das Bestrahlen soll unter anderem derart erfolgen, dass das Siliziumsubstrat lokal kurzzeitig oberflächlich aufgeschmolzen wird. Damit wird auch der daran lokal angrenzende Bereich des Schichtstapels zumindest teilweise oder vollständig aufgeschmolzen. Dies bewirkt eine Flüssigphasendiffusion, bei der Dotierstoff aus dem aufgeschmolzenen Teil der Glasschicht bzw. der Glasschichten in das Siliziumsubstrat diffundiert. Insbesondere soll bei dem hier beschriebenen Dotierungsverfahren das Bestrahlen mit Laserstrahlung derart erfolgen, dass Dotierstoff überwiegend aus lediglich einer der aufgeschmolzenen Glasschichten, insbesondere aus der dem Siliziumsubstrat näher liegenden der beiden Glasschichten des Schichtstapels, in das aufgeschmolzene Siliziumsubstrat bis zu einer gewissen Eindringtiefe eindiffundiert. Der Begriff „überwiegend“ kann hierbei dahin gehend verstanden werden, dass es zwar möglich ist, dass Dotierstoffe aus beiden der Glasschichten bis in das Siliziumsubstrat gelangen, jedoch eine Menge an Dotierstoff, die aus einer der Glasschichten in das Siliziumsubstrat übergeht, wesentlich größer (d. h. beispielsweise um ein Mehrfaches oder sogar um eine oder mehrere Größenordnungen größer) ist als eine Menge an Dotierstoff, die aus der anderen der Glasschichten in das Siliziumsubstrat übergeht. Der überwiegend eindiffundierte Dotierstoff dominiert somit die Eigenschaften des damit dotierten Bereichs des Siliziumsubstrats und etwaige andere Dotierstoffe, die z. B. aus der anderen Glasschicht stammen, werden hinsichtlich ihrer Dotierwirkung überkompensiert. Der Begriff „oberflächennah“ bzw. „oberflächlich“ kann in diesen Zusammenhang beispielsweise eine maximale Eindringtiefe von 10 nm, 100 nm, 1 pm, 5 pm oder 10 pm bedeuten, wobei die maximale Eindringtiefe je nach Gesamtdicke des jeweiligen Siliziumsubstrats variieren kann. Die Dicke der zu dotierenden oberflä- chennahen Schicht ist hierbei zumindest in Fällen, in denen das Siliziumsubstrat ein Wafer ist, auf jeden Fall deutlich kleiner als die Dicke des gesamten Siliziumsubstrats.

Soll das Siliziumsubstrat für eine Solarzelle verwendet werden, so ist es zweckmäßig, wenn nur eine erste Seite des Siliziumsubstrats, die beispielsweise als Rückseite der Solarzelle fungieren soll, und nicht zusätzlich eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Siliziumsubstrats, die beispielsweise als Vorderseite der Solarzelle fungieren soll, mit dem Schichtstapel beschichtet und mit der Laserstrahlung bestrahlt wird. Dennoch ist es möglich, dass sowohl die erste Seite als auch die zweite Seite mit dem Schichtstapel beschichtet und mit der Laserstrahlung bestrahlt werden.

Das Bestrahlen des Schichtstapels mit der Laserstrahlung kann mithilfe eines einzelnen Lasers oder unter Einsatz zweier oder mehrerer Laser erfolgen. Durch Auswahl geeigneter Laserparameter kann erreicht werden, dass die Energiedichte oder Fluenz der Laserstrahlung gerade so hoch ist, dass kurz nach dem anfänglichen lokalen Aufschmelzen der Siliziumsubstratoberfläche und des angrenzenden Bereichs des Schichtstapels eine lokale Ablation des Schichtstapels einsetzt, ohne dass es zu wesentlichen und insbesondere irreversiblen funktionsrelevanten Beschädigungen des Siliziumsubstrats kommt. Zweckmäßigerweise kann der Prozess des Bestrahlens mit der Laserstrahlung so gesteuert werden, dass die hier beschriebenen laserinduzierten Vorgänge des Dotierens des Siliziumsubstrats und der Ablation des Schichtstapels in ein und demselben Laserbehandlungsschritt zeitlich leicht versetzt zueinander ablaufen, sodass eine ausreichende Menge an Dotierstoff aus der jeweiligen Glasschicht in das Siliziumsubstrat gelangt, bevor der Schichtstapel vollständig abgetragen ist. Hierzu können Laserparameter wie beispielsweise eine Energiedichte, eine Wellenlänge und eine Pulsdauer des eingesetzten Lasers oder der eingesetzten Laser derart angepasst werden, dass zunächst im Bereich eines Laserspots temporär ausreichend lange ein Aufschmelzen der Siliziumsubstratoberfläche und des angrenzenden Bereichs des Schichtstapels erfolgt, sodass es zu einer Flüssigphasendiffusion von Dotierstoffen aus zumindest einer der Glasschichten in das oberflächennah aufgeschmolzene Silizium kommen kann. Die flüssige Phase sollte hierbei beispielsweise zumindest für einige Nanosekunden oder wenige Mikrosekunden, beispielsweise zwischen 1 ns und 10 ps, typischerweise zwischen 1 ps und 2 ps existieren. Hierdurch wird eine Eindringtiefe von typischerweise 1 nm bis 10 pm, vorzugsweise insbesondere bei Siliziumsubstraten in Form von Siliziumwafern zwischen 0,1 pm und 3 pm, bewirkt, wobei die Eindringtiefe im Wesentlichen einer Dicke der letztendlich entstehenden dotierten ober- flächennahen Siliziumschicht entspricht, die sich nach dem Erstarren des aufgeschmolzenen Siliziums bildet. Ferner sollen die Laserparameter so angepasst sein, dass es kurz, d. h. z. B. nach 10 ps bis 100 ns, vorzugsweise 5 ns bis 50 ns, nach dem Einsetzen des genannten Aufschmelzens zu einem lokalen Ablatieren des Schichtstapels kommt. Das Ab- latieren kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass es durch lokale Absorption von Laserenergie zur Bildung einer Gasphase kommt, wodurch ein darüberliegender Bereich des Glasschichtstapels sozusagen abgesprengt wird. Die geeignete Wahl der Laserparameter hängt dabei von verschiedenen Einflussfaktoren ab, unter anderem von den physikalischen Eigenschaften der Glasschichten im Schichtstapel, z. B. deren Zusammensetzung oder Dicke, und sollte im Allgemeinen optimiert werden.

Die zum Bestrahlen des ersten Bereichs eingesetzte Laserstrahlung kann von einem einzelnen Laser emittiert werden. Die Laserparameter können dabei geeignet eingestellt sein, sodass ein einzelner Laserpuls oder eine Folge von Laserpulsen zu dem beschriebenen sequenziellen Aufschmelzen und Ablatieren führt. Der Laser kann z. B. ein geeignet betriebener Nanosekundenlaser oder Pikosekundenlaser sein.

Alternativ kann die Laserstrahlung mithilfe von zwei oder mehr als zwei Lasern erzeugt werden. Die Laser können ihre Laserstrahlung räumlich auf einen gemeinsamen Bereich fokussiert und/oder geeignet zeitlich synchronisiert emittieren oder den Bereich 1 nacheinander bestrahlen. Beispielsweise kann ein erster Laser Laserstrahlung emittieren, die das Siliziumsubstrat oberflächennah aufschmilzt. Hierzu kann beispielsweise ein Nanosekundenlaser eingesetzt werden. Ergänzend kann ein zweiter Laser Laserstrahlung emittieren, die zum Ablatieren des Schichtstapels führt, beispielsweise aufgrund einer im Vergleich zum ersten Laser höheren Leistungsdichte. Der zweite Laser kann beispielsweise ein Pikosekundenlaser sein.

Im Gegensatz zum Bestrahlen des dotierten Schichtstapels mit Laserstrahlung bewirkt das Erhitzen des Siliziumsubstrats im Ofen im Anschluss an die Laserbehandlung eine Festkörperdiffusion, bei der Dotierstoff entweder überwiegend aus der (festen oder teilweise erweichten oder zähflüssigen) ersten Glasschicht oder überwiegend aus der (festen oder teilweise erweichten oder zähflüssigen) zweiten Glasschicht in das (feste) Siliziumsubstrat eindiffundiert, und zwar entweder direkt oder durch die jeweils andere Glasschicht und/oder eine oder mehrere etwaige weitere Schichten des Schichtstapels hindurch.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, nachstehend auch Herstellungsverfahren genannt. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Siliziumsubstrats, das einen dotierten ersten Bereich und einen dotierten zweiten Bereich umfasst, wobei das Siliziumsubstrat in dem vor- und nachstehend beschriebenen Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats dotiert wurde; Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur, die den dotierten ersten Bereich elektrisch leitfähig kontaktiert; und Ausbilden einer zweiten Kontaktstruktur, die den dotierten zweiten Bereich elektrisch leitfähig kontaktiert. Auf diese Weise kann die Herstellung einer Solarzelle, etwa einer Rückkontaktsolarzelle, deutlich vereinfacht werden.

Die Kontaktstrukturen können als Metallkontakte, insbesondere als dünne längliche Kontaktfinger, ausgestaltet sein. Alternativ können die Kontaktstrukturen mithilfe anderer elektrisch leitfähiger Materialien wie beispielsweise hochdotierter Halbleiterschichten ausgebildet sein. Das Herstellungsverfahren kann zusätzliche Schritte umfassen, beispielsweise eine Oberflächenpassivierung, ein Rückätzen der dotierten Oberfläche um beispielsweise 10 nm bis 200 nm oder eine Abscheidung einer Antireflexschicht. Für die Zwecke der Oberflächenpassivierung kann beispielsweise eine passivierend wirkende Dielektrikumschicht auf die Oberfläche des Siliziumsubstrats aufgebracht werden. Hierbei kann eventuell der restliche Teil des Schichtstapels, der nicht von der Laserstrahlung ablatiert wurde, zuvor vom fertig dotierten Siliziumsubstrat entfernt werden. Das Herstellungsverfahren kann ferner weitere Prozessschritte umfassen, z. B. Reinigungsschritte, Ätzschritte oder sonstige Prozessschritte, wie sie bei der Fertigung von Solarzellen bekanntermaßen eingesetzt werden können. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Solarzelle, die ein Siliziumsubstrat umfasst, das einen ersten Bereich und einen lateral zum ersten Bereich benachbarten zweiten Bereich umfasst, die jeweils an eine Oberfläche des Siliziumsubstrats angrenzen. Eine Dotierung innerhalb des zweiten Bereichs unterscheidet sich dabei von einer Dotierung innerhalb des ersten Bereichs hinsichtlich einer Art und/oder Konzentration von Dotierstoffen. Der erste Bereich weist eine Dotierung mit einem dominanten Dotier stofftyp sowie eine Dotierung mit einem überkompensierten Dotierstofftyp auf. Sowohl eine Dotierstoffkonzentration des dominanten Dotierstofftyps als auch eine Dotierstoffkonzentration des überkompensierten Dotierstofftyps ist innerhalb des ersten Bereichs höher als eine Grunddotierung des Siliziumsubstrats. Der erste Bereich weist oberflächennah eine Topographie und/oder Kristallstruktur auf, welche in charakteristischer Weise von einem temporären Aufschmelzen und Wieder-Erstarren von Material des Siliziumsubstrats resultiert.

Die Solarzelle lässt sich insbesondere mit dem hier beschriebenen Dotierungs- bzw. Herstellungsverfahren erzeugen. Der erste Bereich und der zweite Bereich können hierbei Eigenschaften aufweisen, wie sie sich charakteristisch aufgrund des Verfahrens ergeben. Die beiden Bereiche, die an ein und derselben Seite der Solarzelle jeweils an deren Oberfläche angrenzen und benachbart zueinander angeordnet sind, unterscheiden sich dabei in der Art und/oder Konzentration der in ihnen enthaltenen Dotierstoffe. Insbesondere kann einer der Bereiche überwiegend n-Typ-dotiert und der andere Bereich überwiegend p-Typ-dotiert sein.

Insbesondere kann der erste Bereich Eigenschaften aufweisen, wie sie sich aufgrund des Dotierens infolge der Bestrahlung des Schichtstapels mit der Laserstrahlung ergeben. Ein solches Dotieren erfolgt überwiegend durch temporäres Aufschmelzen von Silizium des Siliziumsubstrats sowie durch Flüssigphasendiffusion und führt zu charakteristischen Eigenschaften der oberflächennahen Topographie und/oder Kristallstruktur des Siliziumsubstrats in dem ersten Bereich sowie zu charakteristischen Dotierungsprofilen. Die oberflä- chennahe Topographie des Siliziumsubstrats weist hierbei Eigenschaften auf, wie sie sich typischerweise ergeben, wenn das Siliziumsubstrat während des Bestrahlens mit Laserstrahlung temporär oberflächennah aufgeschmolzen wird. Zum Beispiel werden durch ein solches Aufschmelzen typischerweise zuvor an dem Siliziumsubstrat vorhandene scharfkantige Strukturen verrundet. An Rändern eines temporär aufgeschmolzenen Bereichs können nach dem Erstarren charakteristische Unebenheiten und/oder Vertiefungen auftreten. Auch eine kristalline oder amorphe Struktur des Siliziums des Siliziumsubstrat verändert sich typischerweise durch das temporäre Aufschmelzen in charakteristischer Weise. Ferner kann die Bestrahlung mit Laserstrahlung zu lokalen Änderungen in der Kristallstruktur des Siliziumsubstrats führen, beispielsweise in Form von Kristalldefekten, die durch Absorption erzeugt werden. Die Dotierungsprofile weisen innerhalb eines oberflächennahen Bereichs des Siliziumsubstrats typischerweise einen einer Gauß-Verteilung ähnlichen und/oder annähernd rechteckförmigen Konzentrationsverlauf auf. Der oberflächennahe Bereich entspricht hierbei in etwa dem Bereich, der während der lasergetriebenen Dotierung aufgeschmolzen wird, und reicht im Allgemeinen zumindest bis in eine Tiefe 0,05 pm, vorzugsweise von 0,3 pm, oft bis in eine Tiefe von 0,5 pm, 1 pm oder sogar mehr als 1 pm, unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats.

Bei der hier vorgestellten Solarzelle weist der erste Bereich sowohl eine Dotierung mit einem dominanten Dotierstofftyp als auch eine Dotierung mit einem überkompensierten Dotierstofftyp auf. Die beiden Dotierstofftypen sind einander entgegengesetzt, d. h., einer der Dotierstofftypen ist ein n-Typ und der andere Dotierstofftyp ist ein p-Typ. Beispielsweise kann der dominante Dotierstofftyp im ersten Bereich von einer Bordotierung herrühren und daher der p-Typ sein, wohingegen der überkompensierte Dotierstofftyp von einer Phosphordotierung herrühren kann und somit der n-Typ ist.

Die Eigenschaft, dass im ersten Bereich zwei gegensätzliche Dotierstofftypen enthalten sind, ergibt sich aufgrund des Dotierungsverfahrens, bei dem Dotierstoffe durch Laserbestrahlung aus einem Schichtstapel in das Silizium eingetrieben werden, der z. B. sowohl eine Borsilikatglasschicht als auch eine Phosphorsilikatglasschicht aufweist, sodass beide Typen von Dotierstoffen in das Silizium gelangen. Die Tatsache, dass dabei die Laserparameter derart gewählt werden, dass das Siliziumsubstrat temporär oberflächennah aufgeschmolzen wird, führen zu einer für dieses Aufschmelzen typischen Oberflächen-Topo- graphie des Siliziumsubstrats in dem ersten Bereich. Die Tatsache, dass der Dotierstoff, der in der dem Siliziumsubstrat näheren Glasschicht enthalten ist, typischerweise beim Laserdotieren stärker in das Silizium eingetrieben wird als der Dotierstoff, der in der dem Siliziumsubstrat ferneren Glasschicht enthalten ist, führt ferner im Allgemeinen dazu, dass der dominante Dotierstofftyp in einer oberflächennahen Schicht des ersten Bereichs des Siliziumsubstrats in erheblich höheren Konzentrationen enthalten ist als der überkompensierte Dotierstofftyp. Dies gilt zumindest bei Siliziumsubstraten in Form eines dicken Wafers in einem oberflächennahen Bereich, der 30 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats beginnt und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats endet. Abhängig von den während des Laserdotierens verwendeten Prozessparametern kann der oberflächennahe Bereich näher an die Oberfläche des Siliziumsubstrats heranreichen, d. h. in einer Tiefe von weniger als 30 nm beginnen, und/oder tiefer in das Siliziumsubstrat hineinreichen, d. h. tiefer als 100 nm, z. B. 200 nm, 300 nm, 500 nm oder mehr als 800 nm, unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats enden. Direkt angrenzend an die Oberfläche des Siliziumsubstrats, d. h. zwischen 0 nm und 30 nm Tiefe, können andere Effekte zu einer sich lokal anders verhaltenden Dotierstoffverteilung führen.

Mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung können unter anderem, und ohne die Erfindung einzuschränken, als auf den nachstehend beschriebenen Ideen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.

Das vor- und nachstehend beschriebene Dotierungsverfahren ermöglicht unter anderem die Erzeugung oberflächennaher und lateral benachbarter p- und n-dotierter Strukturen im Siliziumsubstrat, ohne dass das Siliziumsubstrat maskiert zu werden braucht. Der dazu verwendete Schichtstapel, der eine Borsilikatglasschicht und eine Phosphorsilikatglasschicht umfassen kann, dient hierbei als gemeinsame Dotierquelle sowohl für die Bordiffusion mittels Laserdotierung als auch für die Phosphordiffusion in einem Diffusionsofen.

Beispielsweise kann durch den Laserprozess eine p-Typ-Dotierung mittels Flüssigphasendiffusion bewirkt werden und im gleichen Prozessschritt durch Ablation der Glasschichten die Phosphordotierquelle für den anschließenden Hochtemperaturschritt strukturiert werden. Im Hochtemperaturschritt kann dann Phosphor aus der verbliebenen Phosphorsilikatglasschicht durch die verbliebene Borsilikatglasschicht hindurch in das kristalline Siliziumsubstrat eingetrieben werden. Dies kann überwiegend durch thermisch getriebene Festkörperdiffusion erfolgen. Durch Wahl einer geeigneten, ausreichend hohen Temperatur im Ofen, beispielsweise in einem Temperaturbereich oberhalb von 700 °C, vorzugsweise oberhalb von 800 °C, kann erreicht werden, dass Phosphor aus der Phosphorsilikatglasschicht in das benachbarte Silizium eindiffundiert. Aufgrund eines geringeren Diffusionskoeffizienten und/oder einer geringeren Löslichkeit von Bor in Silizium kann hierbei vermieden werden, dass gleichzeitig zu viel Bor in das Silizium eindiffundiert. Zum Beispiel kann der Hochtemperaturschritt aus energetischen Gründen bei nicht zu hohen Temperaturen durchgeführt werden, beispielsweise bei maximal 1100 °C oder maximal 1000 °C. Die zuvor laserbehandelten p-Typ-dotierten Bereiche werden durch den Hochtemperaturschritt in der Regel wenig beeinflusst, da der anfänglich darüberliegende Schichtstapel durch den vorausgehenden Prozess der Laserdotierung gleichzeitig ablatiert wird. So entstehen durch den Laserprozess frei definierbare laterale p-n-Struktu- ren aus einem vorzugsweise zunächst ganzflächig abgeschiedenen Dotierglassystem. Diese p-n-Strukturen können beispielsweise zur Herstellung von IBC-Solarzellen genutzt werden. Dadurch hat das Dotierungsverfahren das Potenzial, durch einen stark vereinfachten Prozessfluss zur signifikanten Kostenreduzierung industrieller IBC-Solarzellen beizutragen. Das Dotierungsverfahren stellt eine starke Vereinfachung gegenüber den bisherigen etablierten Prozessen zur Erzeugung lateraler p-n-Übergänge dar. Diese beinhalten häufig zwei getrennte Hochtemperaturschritte im Diffusionsofen und diverse Maskierungs- und Strukturierungsprozesse, wie beispielsweise Fotolithografie oder Laserablation. Damit verbunden sind entsprechende Reinigungsschritte und Rückätzungen von Maskierungsschichten oder Bereichen mit ungewünschter Dotierung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren umfasst das Dotierungsverfahren drei wesentliche Prozessschritte (i) bis (iii), wie weiter oben erwähnt. Dabei kann in Schritt (i) zusätzlich auf eine Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels chemischer Gasphasenabscheidung eine weitere Dotierstoffe enthaltende Glasschicht wie beispielsweise eine Phosphorsilikatglasschicht abgeschieden werden, beispielsweise als dritte Glasschicht zusätzlich zur ersten und zweiten Glasschicht. Diese Phosphorsilikatglasschicht kann später im Hochtemperaturschritt als Dotierquelle beispielsweise zur Bildung eines Vorderseitenfelds, englisch front surface field oder kurz FSF genannt, dienen. Vorstellbar ist auch die Bildung eines nicht-kontaktierten frontseitigen Emitters (front floating emitter, kurz FFE), beispielsweise durch Eindiffundieren von Bor aus einer Borsilikatglasschicht an der Vorderseite. Auf eine Rückseite des Siliziumsubstrats kann dagegen ein spezieller Schichtstapel aus einer Borsilikatglasschicht und einer Phosphorsilikatglasschicht sowie eventuell weiteren Schichten abgeschieden werden. Der Schichtstapel dient dazu, Bor für die Laserdotierung und Phosphor für die Ofendiffusion zur Verfügung zu stellen. Durch eine getrennte Abscheidung auf der Vorder- und Rückseite können die Glaseigenschaften der Phosphorsilikatglasschichten getrennt eingestellt und auf den Hochtemperaturschritt abgestimmt werden. Schritt (ii) ist der bereits erwähnte Laserdotier- und Ablationsprozess, in dem beispielsweise p⁺-Emitterbereiche im Siliziumsubstrat erzeugt werden können und die Phosphordotierquelle für Schritt (iii) strukturiert werden kann. In Schritt (iii) können dann beispielsweise gleichzeitig das Vorderseitenfeld (FSF) und das Rückseitenfeld, englisch back surface field oder kurz BSF genannt, gebildet werden, wobei zusätzlich ein potenziell entstandener Laserschaden ausgeheilt werden kann. Die auf der Vorderseite aufgebrachte Phosphorsilikatglasschicht kann beispielsweise als multifunktionale Schicht zur Oberflächenpassivierung auf dem Wafer verbleiben. Die Rückseite sollte jedoch im Allgemeinen erneut passiviert werden, beispielsweise mittels thermischer Oxidation, wobei verbleibende Teile des Glasschichtenstapels zuvor entfernt werden können bzw. sollten.

Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Glasschicht diejenige der zwei Glasschichten sein, die der Oberfläche des Siliziumsubstrats näher liegt als die andere der zwei Glasschichten, die folglich die zweite Glasschicht sein kann. Anders ausgedrückt kann die erste Glasschicht zwischen dem Siliziumsubstrat und der zweiten Glasschicht liegen. Dies hat den Effekt, dass der erste Bereich überwiegend mit dem Bor aus der ersten Glasschicht dotiert wird. Auf diese Weise kann der erste Bereich überwiegend p-Typ-dotiert werden. Zudem haben Versuche gezeigt, dass die erste Glasschicht in Form einer Borsilikatglasschicht, d. h. einer Siliziumoxidschicht, in die Bor als p-Typ-Dotierstoff eingelagert ist, bei geeigneter Schichtdicke bewirken kann, dass Phosphor aus der zweiten Glasschicht in Form einer Phosphorsilikatglasschicht, d. h. einer Siliziumoxidschicht, in die Phosphor als n-Typ-Dotierstoff eingelagert ist, bei ausreichend hohen Temperaturen stärker in das Siliziumsubstrat eindiffundiert, als wenn eine kein Bor enthaltende Silikatglasschicht statt der Borsilikatglasschicht zwischen der Phosphorsilikatglasschicht und dem Siliziumsubstrat vorhanden ist. Dabei wurde beobachtet, dass eine Borsilikatglasschicht mit hoher Borkonzentration Phosphor besser durchlässt als eine Borsilikatglasschicht mit niedriger Borkonzentration.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberfläche des Siliziumsubstrats zuerst mit der ersten Glasschicht beschichtet werden, sodass die Oberfläche des Siliziumsubstrats und die erste Glasschicht direkt aneinandergrenzen. Zwischen der ersten Glasschicht und dem Siliziumsubstrat befindet sich somit vorzugsweise keine weitere Schicht. Anders ausgedrückt kann die erste Glasschicht als erste Schicht des Schichtstapels auf die (unbeschichtete) Oberfläche des Siliziumsubstrats aufgebacht werden. Demnach kann die zweite Glasschicht anschließend als zweite, dritte oder noch höhere Schicht des Schichtstapels aufgebracht werden. Dadurch kann die Effizienz der Dotierung des ersten Bereichs gesteigert werden. Insbesondere kann thermische Energie, die während des Laserschritts durch Absorption von Laserenergie im Siliziumsubstrat zu einer lokalen Erhitzung bzw. einem lokalen Aufschmelzen führt, effizient an die angrenzende erste Glasschicht übertragen werden, um diese ebenfalls lokal aufzuschmelzen und dadurch die gewünschte Flüssigphasendiffusion zu bewirken.

Gemäß einer Ausführungsform können die erste Glasschicht und die zweite Glasschicht direkt aneinandergrenzen. Beispielsweise kann die zweite Glasschicht, nachdem die erste Glasschicht aufgebracht worden ist, auf eine Oberfläche der ersten Glasschicht aufgebracht werden. Umgekehrt ist es möglich, dass die erste Glasschicht, nachdem die zweite Glasschicht aufgebracht worden ist, auf eine Oberfläche der zweiten Glasschicht aufgebracht wird. In beiden Fällen können die erste Glasschicht und die zweite Glasschicht direkt aneinandergrenzen. Dies begünstigt die Diffusion von Dotierstoffen zwischen der ersten und der zweiten Glasschicht. Gemäß einer Ausführungsform kann der dotierte erste Bereich überwiegend p-Typ-dotiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann der dotierte zweite Bereich überwiegend n-Typ-do- tiert sein. Beispielsweise kann der erste Bereich p-, p⁺- und/oder p⁺⁺-dotiert und/oder der zweite Bereich n-, n⁺- und/oder n⁺⁺-dotiert sein. Es ist möglich, dass der erste Bereich zusätzlich schwach n-Typ-dotiert ist, beispielsweise mit dem Phosphor aus der zweiten Glasschicht, wobei diese n-Typ-Dotierung von der stärkeren p-Typ-Dotierung mit dem Bor aus der ersten Glasschicht überkompensiert wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass der zweite Bereich zusätzlich schwach p-Typ-dotiert ist, beispielsweise mit dem Bor aus der ersten Glasschicht, wobei diese p-Typ-Dotierung von der stärkeren n-Typ-Dotierung mit dem Phosphor aus der zweiten Glasschicht überkompensiert wird.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schichtstapel auf eine erste Seite des Siliziumsubstrats aufgebracht werden und es kann zusätzlich eine Phosphor als n-Typ-Dotier- stoff enthaltende dritte Glasschicht auf eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Siliziumsubstrats aufbracht werden. Dabei kann nur die erste Seite mit der Laserstrahlung bestrahlt werden. Die dritte Glasschicht kann sich in ihren Eigenschaften, beispielsweise in ihrem Phosphorgehalt, ihrer Dichte und/oder ihrer Dicke, von der ersten und/oder der zweiten Glasschicht unterscheiden. Die dritte Glasschicht kann beispielsweise direkt auf eine Oberfläche des Siliziumsubstrats an der zweiten Seite aufgebracht werden. Durch das Erhitzen des Siliziumsubstrats im Ofen kann dann eine zusätzliche Festkörperdiffusion bewirkt werden, bei der überwiegend Phosphor aus der (festen oder flüssigen) dritten Glasschicht oberflächennah in einen von der dritten Glasschicht bedeckten dritten Bereich des (festen) Siliziumsubstrats eindiffundiert. Die dritte Glasschicht kann im gleichen Beschichtungsprozess wie der Schichtstapel aus der ersten und der zweiten Glasschicht erzeugt werden. Dies vereinfacht die Herstellung einer Rückkontaktsolarzelle.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Erhitzen des Siliziumsubstrats in einer dotierstofffreien Atmosphäre durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Erhitzen in einer Schutzgasatmosphäre, etwa einer Stickstoffatmosphäre, oder in Luft durchgeführt werden. Der Begriff „dotierstofffrei“ ist so zu verstehen, dass die Atmosphäre überhaupt keinen p-Typ- oder n-Typ-Dotierstoff wie beispielsweise Bor bzw. Phosphor oder nur eine sehr geringe, nicht maßgebliche Menge davon enthält. Anders ausgedrückt kann das Erhitzen im Ofen ohne Zugabe von zusätzlichem Dotierstoff wie Bor oder Phosphor erfolgen. Auf diese Weise kann die Dotierung des Siliziumsubstrats weiter vereinfacht werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Schichtstapel zusätzlich eine Oxidschicht umfassen, die als letzte Schicht des Schichtstapels aufgebracht werden kann. Anders ausgedrückt kann das Siliziumsubstrat derart beschichtet werden, dass die erste Glasschicht und die zweite Glasschicht, und etwaige weitere Schichten des Schichtstapels, zwischen dem Siliziumsubstrat und der Oxidschicht liegen. Die Oxidschicht kann beispielsweise eine SiO_x-Schicht oder SiO_x-haltige Schicht sein. Eine solche Oxidschicht kann beispielsweise vor Schmutz, Feuchtigkeit oder sonstigen Umwelteinflüssen schützen.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Schichtstapel zusätzlich eine Diffusionsbarriereschicht umfassen, die als Diffusionsbarriere für das Bor aus der ersten Glasschicht und/oder für den Phosphor in diesem Beispiel aus der zweiten Glasschicht wirkt. Die Diffusionsbarriereschicht kann eine oder mehrere Einzelschichten umfassen. Die Diffusionsbarriereschicht kann eine oder mehrere Dielektrikumschichten umfassen. Die Dielektrikumschicht kann rein bzw. undotiert sein, beispielsweise eine reine Siliziumoxidschicht, Siliziumnitridschicht oder Siliziumkarbidschicht oder Aluminiumoxid Die Diffusionsbarriereschicht kann zwischen der Oberfläche des Siliziumsubstrats und der ersten Glasschicht und/oder zwischen der ersten und der zweiten Glasschicht angeordnet sein. Chemische Eigenschaften wie z. B. eine Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften wie z. B. eine Dicke können dabei geeignet angepasst sein, um Diffusionsbarriereeigenschaften bzw. Filtereigenschaften in gewünschter Weise gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise können die Einzelschichten voneinander abweichende Filtereigenschaften aufweisen und/oder an unterschiedlichen Stellen im Schichtstapel angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass eine der Einzelschichten mit mindestens einer weiteren der Einzelschichten zu einem Verbund kombiniert ist. Die Diffusionsbarriereschicht kann beispielsweise so beschaffen sein, dass sie für Bor und Phosphor durchlässig ist, aber für Bor stärker durchlässig ist als für Phosphor. Möglich ist aber auch der umgekehrte Fall. Auf diese Weise kann beispielsweise verhindert werden, dass bei der Flüssigphasendiffusion in Schritt (ii) mehr Phosphor als gewünscht in den ersten Bereich eindiffundiert und/oder bei der Festkörperdiffusion in Schritt (iii) mehr Bor als gewünscht in den zweiten Bereich eindiffundiert.

Gemäß einer Ausführungsform kann der mit dem Schichtstapel bedeckte erste Bereich in mindestens eine erste Bestrahlungszone und eine zweite Bestrahlungszone unterteilt werden und in der ersten Bestrahlungszone mit anderen Laserparametern bestrahlt werden als in der zweiten Bestrahlungszone. Beispielsweise kann die erste Bestrahlungszone mit einer anderen Fluenz oder einem anderen räumlichen Überlappungsgrad der Laserstrahlung bestrahlt werden als die zweite Bestrahlungszone. Die erste Bestrahlungszone kann beispielsweise eine zentrale Zone des ersten Bereichs sein, in der der erste Bereich mittels einer geeigneten Kontaktstruktur elektrisch leitfähig kontaktiert werden soll, wobei die zweite Bestrahlungszone eine an den zweiten Bereich angrenzende Randzone des ersten Bereichs sein kann. Auf diese Weise kann im ersten Bereich in ein und demselben Laserbehandlungsschritt eine selektive Emitterstruktur erzeugt werden. Ferner kann zusätzlich eine neutral dotierte (d. h. annähernd kompensierende) Schicht als Pufferschicht zwischen dem p-dotierten Bereich und dem n-dotierten Bereich erzeugt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine jeweilige Schichtdicke der ersten Glasschicht und der zweiten Glasschicht größer als 5 nm, insbesondere größer als 10 nm, und/oder kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 60 nm, sein. Die erste und die zweite Glasschicht können im Wesentlichen gleich dick sein oder sich in ihren Schichtdicken deutlich voneinander unterscheiden. In Versuchen konnten mit Glasschichten in den vorgenannten Schichtdickenbereichen besonders gute Ergebnisse erzielt werden.

Insbesondere kann es vorteilhaft sein, die dem Siliziumsubstrat näher liegende Glasschicht des Schichtstapels dicker auszugestalten als die dem Siliziumsubstrat ferner liegende Glasschicht. Die Dicke kann hierbei beispielsweise um wenigstens 10 %, wenigstens 20 %, wenigstens 50 % oder sogar wenigstens 100 % größer sein. Hierdurch kann unterstützt werden, dass während des Laserprozesses überwiegend lediglich die an das Siliziumsubstrat direkt angrenzende Glasschicht aufgeschmolzen wird, wohingegen die darüberliegende Glasschicht nicht, in kleineren Teilbereichen und/oder nur zeitlich kürzer o- der zeitlich später aufgeschmolzen wird. Dementsprechend erfolgt eine Flüssigphasendiffusion von Dotierstoffen überwiegend aus der an das Siliziumsubstrat direkt angrenzenden oder näherliegenden Glasschicht.

Gemäß einer Ausführungsform können die erste Kontaktstruktur und die zweite Kontaktstruktur an ein und derselben Seite des Siliziumsubstrats ausgebildet werden. Bei dieser Seite kann es sich insbesondere um die Rückseite der Solarzelle handeln. Somit braucht keine weitere Kontaktstruktur an der Vorderseite der Solarzelle ausgebildet zu werden, was sich günstig auf den Wirkungsgrad der Solarzelle auswirkt.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann sowohl der dominante Dotierstofftyp als auch der überkompensierte Dotierstofftyp im ersten Bereich innerhalb eines oberflächennahen Schichtbereichs bis in eine Tiefe von wenigstens 0,05 pm, vorzugsweise wenigstens 0,3 pm, Dotierstoffkonzentrationen von mehr als lel7 cm ³ aufweisen. Anders ausgedrückt können die Dotierstoffkonzentrationen sowohl des dominanten als auch des überkompensierten Dotierstofftyps bis in eine signifikante Tiefe des Siliziumsubstrats hinein deutlich oberhalb einer Grunddotierung des Siliziumsubstrats sein, welche typischerweise in einem Bereich von 8el3 cm ³ - lelö cm ³ für n-Typ-Sub- strate und 2el4 - 4el6 für p-Typ-Substrate liegt.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann ein Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps im ersten Bereich zumindest in einem oberflächennahen Bereich, der 30 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats beginnt und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats endet, einen Konzentrationsverlauf aufweisen, dessen Dotierstoffkonzentrationen wenigstens ein Dreifaches, vorzugsweise wenigstens ein Zehnfaches, von ortsgleichen Dotierstoffkonzentrationen in einem Konzentrationsverlauf der Dotierung mit dem überkompensierten Dotierstofftyp betragen.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann sowohl das Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps als auch das Dotierungsprofil des überkompensierten Dotierstofftyps im ersten Bereich einen Konzentrationsverlauf aufweisen, der zumindest im oberflächennahen Bereich, d. h. zwischen 30 nm und 100 nm Tiefe, eine im Wesentlichen konstante Dotierstoffkonzentration angibt. Die Formulierung „eine im Wesentlichen konstante Dotierstoffkonzentration“ kann in diesem Zusammenhang bedeuten, dass sich die Dotierstoffkonzentration im oberflächennahen Bereich mit zunehmender Tiefe um weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 30 %, verringert. Eine solche quasihomogene Dotierstoffkonzentration innerhalb des oberflächennahen Bereichs ergibt sich typischerweise aufgrund der beim Laserdotieren eintretenden Flüssigphasendiffusion, bei der Dotierstoffe sich innerhalb des kurzzeitig aufgeschmolzenen oberflächennahen Bereichs weitgehend homogen verteilen können. Im Gegensatz dazu nimmt eine Dotierstoffkonzentration, die sich durch Festkörperdiffusion ergibt, typischerweise mit zunehmendem Abstand von der Siliziumsubstratoberfläche erheblich ab und ist in 100 nm Tiefe oft fast eine Größenordnung geringer als in der Nähe der Substratoberfläche.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann der dominante Dotierstofftyp im ersten Bereich eine Bordotierung sein und der überkompensierte Dotierstofftyp im ersten Bereich eine Phosphordotierung sein. Anders ausgedrückt kann im ersten Bereich eine Bordotierung dominieren, aber dennoch auch Phosphor in messbaren Konzentrationen darin enthalten sein.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann der zweite Bereich eine Dotierung mit einem dominanten Dotierstofftyp aufweisen, der dem dominanten Dotierstofftyp des ersten Bereichs entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten kann der erste Bereich z. B. dominant p-Typ-dotiert sein, wohingegen der zweite Bereich dominant n-Typ-dotiert sein kann, oder umgekehrt.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann das Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps im zweiten Bereich einen Konzentrations verlauf aufweisen, der zumindest in einem oberflächennahen Bereich, der 30 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats beginnt und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats endet, eine sich sukzessive um wenigstens 50 %, vorzugsweise wenigstens 75 % oder sogar wenigstens 85 %, abnehmende Dotierstoffkonzentration angibt. Anders ausgedrückt kann - im Gegensatz zu dem vorzugsweise quasihomogenen Verlauf der Dotierkonzentration innerhalb des oberflächennahen Bereichs des ersten Bereichs - im zweiten Bereich eine Konzentration von Dotierstoffen herrschen, die ausgehend von einer hohen Konzentration nahe der Oberfläche des Siliziumsubstrats bereits in einer Tiefe von 100 nm um wenigstens die Hälfte, möglicherweise sogar um ein bis zwei Größenordnungen, abgenommen hat. Ein solches Dotierungsprofil mit einer sich mit zunehmender Tiefe sehr stark verringernden Dotierstoffkonzentration ergibt sich typischerweise durch Festkörperdiffusion und resultiert bei der beschriebenen Solarzelle daraus, dass die Dotierstoffe in den zweiten Bereich lediglich im Rahmen des Hochtemperaturschritts eingetrieben werden, nicht aber durch Laserdiffusion.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle kann der zweite Bereich ferner eine Dotierung mit einem überkompensierten Dotierstofftyp aufweisen. Ein Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps weist im zweiten Bereich im oberflä- chennahen Bereich einen Konzentrationsverlauf auf, dessen Dotierstoffkonzentrationen wenigstens ein Doppeltes, vorzugsweise wenigstens ein Fünffaches, von ortsgleichen Dotierstoffkonzentrationen der Dotierung mit dem überkompensierten Dotierstofftyp betragen. Anders ausgedrückt können auch im zweiten Bereich, ähnlich wie im ersten Bereich, beide gegensätzlichen Dotierstofftypen enthalten sein, wobei der überkompensierte Dotierstofftyp in erheblich geringeren Konzentrationen vorliegt als der dominante Dotier- stofftyp. Ein solches Verhalten der Dotierstoffkonzentrationen kann daher rühren, dass einer der Dotierstoffe, die im Schichtstapel enthalten sind, ein erheblich anderes Diffusionsverhalten und/oder eine erheblich andere Löslichkeit in Silizium aufweist als der andere Dotierstoff. Beispielsweise diffundiert Phosphor durch Festkörperdiffusion deutlich stärker in Silizium ein als Bor. Alternativ oder ergänzend kann das Vorsehen einer selektiven Diffusionsbarriereschicht dazu führen, dass einer der Dotierstoffe schwächer in das Silizium gelangt als der andere. Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung vor- und nachstehend teils mit Bezug auf das Dotierungsverfahren, teils mit Bezug auf das Herstellungsverfahren und teils mit Bezug auf eine in diesem Herstellungsverfahren hergestellte Solarzelle beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die für einzelne Ausführungsformen beschriebenen Merkmale in analoger und geeigneter Weise auf andere Ausführungsformen übertragen, angepasst und/oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung und möglicherweise zu Synergieeffekten zu gelangen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat, das in einem Dotierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschichtet wird.

Fig. 2 zeigt das Siliziumsubstrat aus Fig. 1, das in einem Dotierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestrahlt wird.

Fig. 3 zeigt das Siliziumsubstrat aus Fig. 2, das in einem Dotierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhitzt wird.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Siliziumsubstrats, das in einem Dotierungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestrahlt wird.

Fig. 5a zeigt eine Querschnittsansicht einer Solarzelle, die in einem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.

Fig. 5b zeigt eine Querschnittsansicht einer Solarzelle mit einer selektiven Emitterstruktur, die in einem Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.

Fig. 6 zeigt Dotierungsprofile zweier verschieden dotierter Bereiche der Solarzelle aus Fig. 5a. Fig. 7 zeigt Dotierungsprofile zweier verschieden dotierter Bereiche der Solarzelle, wie sie bei zwei verschiedenen Temperaturen in einem Hochtemperaturschritt erzeugt werden.

Fig. 8 zeigt ein Dotierungsprofil von Bor und Phosphor innerhalb eines ersten Bereichs eines erfindungsgemäß dotierten Siliziumsubstrats.

Fig. 9 zeigt ein Dotierungsprofil von Bor und Phosphor innerhalb des zweiten Bereichs des erfindungsgemäß dotierten Siliziumsubstrats.

Fig. 10a bis 10c veranschaulicht eine Variante von Verfahrensschritten, bei der mithilfe eines Dotierungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine alternative laterale Verteilung von n-Typ- und p-Typ-Bereichen erzeugt wird.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 1, hier beispielhaft in Form eines n-Typ-Czochralski-Sili- ziumwafers mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 1 Qcm und 50 Qcm mit (lOO)-Kristallorientierung. In diesem Beispiel wird das Siliziumsubstrat 1 in einem ersten Schritt an seiner Rückseite 2 gegenüber einem zu dotierenden ersten Bereich 3 und einem zu dotierenden zweiten Bereich 5 mit einem Schichtstapel 7 beschichtet, der eine Bor als p-Typ-Dotierstoff enthaltende erste Glasschicht 9, nachstehend auch Borsilikatglasschicht 9 genannt, und eine Phosphor als n-Typ-Dotierstoff enthaltende zweite Glasschicht 11, nachstehend auch Phosphorsilikatglasschicht 11 genannt, umfasst.

Dabei wird die Borsilikatglasschicht 9 auf eine Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 aufgebracht, sodass die Borsilikatglasschicht 9 und die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 direkt aneinandergrenzen. Anschließend wird die Phosphorsilikatglasschicht 11 auf die Borsilikatglasschicht 9 aufgebracht, sodass die Phosphorsilikatglasschicht 11 und die Borsilikatglasschicht 9 direkt aneinandergrenzen. Somit liegt die Borsilikatglasschicht 9 der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 näher als die Phosphorsilikatglasschicht 11.

Zusätzlich wird in diesem Beispiel eine der Rückseite 2 gegenüberliegende Vorderseite 13 des Siliziumsubstrats 1 mit einer ebenfalls Phosphor als n-Typ-Dotierstoff enthaltenden dritten Glasschicht 15 beschichtet, bei der es sich um eine weitere Phosphorsilikatglasschicht handeln kann. Nach der Beschichtung wird in einem zweiten Schritt eine Laserdotierung durchgeführt, wie in Fig. 2 beispielhaft veranschaulicht. Dazu wird die Rückseite 2 im ersten Bereich 3 mit Laserstrahlung 17 bestrahlt, deren Parameter, insbesondere deren Fluenz, so gewählt sind, dass einerseits überwiegend Bor aus der Borsilikatglasschicht 9 oberflächennah in den ersten Bereich 3 eindiffundiert und andererseits der dem ersten Bereich 3 gegenüberliegende Schichtstapel 7 durch Laserablation von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 entfernt wird (siehe auch Fig. 4). Das Ergebnis dieser Laserbehandlung ist ein freiliegender, überwiegend p-Typ-dotierter erster Bereich 3, beispielsweise ein p⁺-Emitterbereich. Da der zweite Bereich 5 nicht mit der Laserstrahlung 17 bestrahlt wird, ist der zweite Bereich 5 nach der Bestrahlung weiterhin mit dem Schichtstapel 7 bedeckt. Die Vorderseite 13 wird ebenfalls nicht mit der Laserstrahlung 17 bestrahlt.

Nach der Bestrahlung wird das derart dotierte und strukturierte Siliziumsubstrat 1 in einem dritten Schritt erhitzt, wie in Fig. 3 beispielhaft veranschaulicht. Dazu wird das Siliziumsubstrat 1 in einen Ofen 19 verbracht und dort auf eine bestimmte Temperatur zwischen 700 °C und 1100 °C erhitzt. Dies bewirkt in diesem Beispiel, dass überwiegend Phosphor aus der Phosphorsilikatglasschicht 11 oberflächennah in den zweiten Bereich 5 eindiffundiert. Der zweite Bereich 5 wird somit überwiegend n-Typ-dotiert, beispielsweise n⁺-dotiert.

Zusätzlich diffundiert im dritten Schritt Phosphor aus der dritten Glasschicht 15 oberflächennah in einen an die Vorderseite 13 angrenzenden dritten Bereich 21 des Siliziumsubstrats 1, der auf diese Weise ebenfalls überwiegend n-Typ-dotiert, beispielsweise ^-dotiert, wird.

Das Erhitzen des Siliziumsubstrats 1 kann in einer dotierstofffreien Atmosphäre durchgeführt werden, d. h. in einer Atmosphäre, der keine zusätzlichen Mengen an Dotierstoff, insbesondere an Bor oder Phosphor, zugegeben werden, wie etwa einer Stickstoffatmosphäre.

In einem optionalen vierten Schritt kann der verbleibende Schichtstapel 7 von der Rückseite 2 entfernt werden (siehe auch Fig. 5a).

Wie in Fig. 4 zu erkennen, ist es möglich, dass der Schichtstapel 7 zusätzlich eine Oxid- schicht 23, etwa eine SiO_x-Schicht umfasst. Die Oxidschicht 23 kann als letzte Schicht auf die Rückseite 2 aufgebracht werden, sodass die Borsilikatglasschicht 9 und die Phosphorsilikatglasschicht 11 zwischen dem Siliziumsubstrat 1 und der Oxidschicht 23 liegen und somit von dieser geschützt werden. Die Vorderseite 13 und eine etwaige dort vorgesehene dritte Glasschicht 15 sind in Fig. 4 nicht dargestellt.

Darüber hinaus kann der Schichtstapel 7 je nach Anwendung eine oder mehrere Diffusionsbarriereschichten 41 (siehe Fig. 10) umfassen, die als Diffusionsbarriere für Bor aus der ersten Borsilikatglasschicht 9 und/oder für Phosphor aus der Phosphorsilikatglasschicht 11 wirken können.

Die einzelnen Schichten 9, 11, 23 des Schichtstapels 7 sind in diesem Beispiel jeweils mit einer Schichtdicke von 20 nm ausgeführt, sodass der Schichtstapel 7 eine Gesamtdicke von 60 nm aufweist. Die jeweilige Schichtdicke kann auch deutlich größer oder kleiner als 20 nm sein, sollte jedoch nicht kleiner als 5 nm und/oder nicht größer als 200 nm sein.

Fig. 5a zeigt beispielhaft eine Solarzelle 25 mit dem Siliziumsubstrat 1 aus Fig. 1 bis Fig. 3. In diesem Beispiel weist das Siliziumsubstrat 1 an seiner Rückseite 2, die hier eine lateral verschachtele Struktur aus einem Rückseitenfeld (BSF) und einem Emitter einer IBC-Solarzelle 25 bildet, mehrere p⁺-dotierte erste Bereiche 3 und mehrere n⁺-dotierte zweite Bereiche 5 auf, die abwechselnd nebeneinander angeordnet sind und jeweils direkt aneinandergrenzen. Dabei ist der der Vorderseite 13 zugewandte dritte Bereich 21, der hier ein Vorderseitenfeld (FSF) der Solarzelle 25 bildet, ebenfalls n⁺-dotiert und mit der dritten Glasschicht 15 bedeckt.

An der Rückseite 2 sind eine erste Kontaktstruktur 27 und eine zweite Kontaktstruktur 29 jeweils in Form schmaler Metallkontakte ausgebildet, wobei die erste Kontaktstruktur 27 jeweils nur die ersten Bereiche 3 und die zweite Kontaktstruktur 29 jeweils nur die zweiten Bereiche 5 elektrisch leitfähig kontaktiert. Zweckmäßigerweise sind die beiden Kontaktstrukturen 27, 29 elektrisch voneinander isoliert. An der Vorderseite 13, d. h. an der der Sonne zugewandten Seite der Solarzelle 25, sind hingegen keine Kontaktstrukturen ausgebildet, sodass Abschattungen vermieden werden.

In Fig. 5b ist eine Variante einer Solarzelle 25 dargestellt, die in vielen Aspekten ähnlich wie diejenige aus Fig. 5a ausgebildet ist, bei der aber die ersten Bereiche 3 mit einer selektiven Emitterstruktur ausgebildet sind. Dazu werden während der Bestrahlung mit der Laserstrahlung 17 deren Parameter derart zeitlich und/oder räumlich variiert, dass einerseits in Teilbereichen, die von der Kontaktstruktur 27 kontaktiert werden sollen, ein stark dotierter und/oder tiefer dotierter p-Typ-Bereich 37 erzeugt wird und andererseits in daran lateral angrenzenden Teilbereichen jeweils ein schwach dotierter und/oder flacher dotierter p-Typ-Bereich 35 erzeugt wird. Ergänzend können die Laserparameter gezielt derart eingestellt werden, dass jeweils lateral zwischen einem der schwach dotierten p-Typ-Be- reiche 35 der ersten Bereiche 3 und einem benachbarten n-dotierten zweiten Bereich 5 ein Pufferbereich 39 entsteht, in der sich eine Phosphorkonzentration und eine Borkonzentration im Wesentlichen kompensieren. Der Pufferbereich 39 kann zu einer Reduzierung von Rekombinationsverlusten beitragen.

Nachfolgend werden physikalische Grundlagen des vorstehend beschriebenen Dotierungsverfahrens und diesbezügliche experimentelle Ergebnisse genauer erklärt.

Der Prozess, bei dem durch Laserbestrahlung sowohl eine lokale Eindiffusion von Dotierstoffen aus dem Schichtstapel 7 aus den Glasschichten 9, 11 in die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 als auch ein lokales Ablatieren des Schichtstapels 7 erfolgen, stellt einen wesentlichen Schritt des hier beschriebenen Dotierungsverfahrens dar. Eigenschaften des hierbei eingesetzten Lasers sollen dabei geeignet für die Erreichung der hier beschriebenen Funktionalitäten und physikalischen Prozesse gewählt werden. Beispielsweise soll eine Wellenlänge des Lasers geeignet gewählt sein, sodass es zu einer Absorption des Laserlichts möglichst oberflächennah im Siliziumsubstrat 1 kommt. Hierzu kann die Laserwellenlänge z. B. in einem Bereich von 355 nm bis 1064 nm gewählt werden. Ferner sollte die Wellenlänge des Lasers vorzugsweise derart gewählt sein, dass es zu keiner o- der nur zu einer vernachlässigbaren Absorption des Laserlichts direkt in einer der Glasschichten 9, 11 kommt. Hierzu sollte die Laserwellenlänge z. B. größer als 200 nm sein. Ferner sollten eine Fluenz, eine Leistungsdichte, eine Spotgröße, eine Pulsdauer und/oder andere Laserparameter geeignet gewählt werden, sodass es einerseits zu einem ausreichend langen Bilden einer flüssigen Phase im Bereich des Laserspots kommt, um eine ausreichende Flüssigphasendiffusion zu ermöglichen, und andererseits anschließend eine Ablation von Bereichen des Schichtenstapels 7 bewirkt wird. Beispielsweise wurden bei Verwendung einer Wellenlänge von 532 nm, einer Pulsdauer von ca. 40 ns und einer Fluenz im Bereich von 1 J/cm² bis 10 J/cm² zufriedenstellende Ergebnisse beobachtet.

Beim Prozess der Laserdotierung wird mittels absorbierter Laserstrahlung das kristalline Siliziumsubstrat 1 oberflächennah zum Schmelzen gebracht, sodass eine Flüssigphasendiffusion aus den darüberliegenden Glasschichten 9, 11 einsetzen kann. Die Glasschichten 9, 11 selbst transmittieren das Licht dabei nahezu vollständig und werden daher nur durch den Kontakt zum absorbierenden Siliziumsubstrat 1 erwärmt. Folglich schmelzen auch die Glasschichten 9, 11 aus Richtung der Glas-Silizium-Kontaktfläche von innen nach außen hin auf. Die Dotieratome, hier Bor und Phosphor, können aus dem verflüssigten Bor- bzw. Phosphorsilikatglas in einer sehr kurzen Zeitspanne von wenigen Mikrosekunden o- der sogar nur einigen Nanosekunden wenige Nanometer oder auch mehrere Mikrometer tief ins verflüssigte Silizium eindiffundieren. Dies beruht darauf, dass die Diffusionskoeffizienten von Bor und Phosphor in flüssigem Silizium um viele Größenordnungen höher sind als im Fall von kristallinem Silizium. Das flüssige und dotierte Silizium rekristallisiert anschließend epitaktisch, sodass hochdotierte kristalline Schichten resultieren, die sich insbesondere als Emitter oder Back-Surface -Field (BSF) für eine Solarzelle eignen.

Zu Beginn der Easerbestrahlung, beispielsweise in einem Zeitraum von 0 bis ungefähr 20 ns, wird die mit dem Siliziumsubstrat 1 in Kontakt stehende Borsilikatglasschicht 9 aufgrund der Eichtabsorption im Siliziumsubstrat 1 früher erwärmt und kurz darauf verflüssigt als die darüberliegende und somit vom Ort der Wärmeentwicklung weiter entfernte Phosphorsilikatglasschicht 11. Zusätzlich ist der Weg für den n-Typ-Dotierstoff aus dem Phosphorsilikatglas hin zum Siliziumsubstrat 1 weiter als für den p-Typ-Dotierstoff. Ebenso können Ablationsprozesse der Glasschichten 9, 11 auftreten, die eine weitere Diffusion aus dem Bor- bzw. Phosphorsilikatglas ins Siliziumsubstrat 1 verhindern. Insgesamt führt dies bei geeigneten Laserparametern dazu, dass die Eindiffusion von Bor gegenüber Phosphor bzw. die Eindiffusion der Dotierstoffe aus der dem Siliziumsubstrat 1 näher liegenden Schicht gegenüber den Dotierstoffen aus der vom Siliziumsubstrat 1 weiter entfernten Schicht überwiegt, sodass durch die Laserbearbeitung der p-Typ-dotierte erste Bereich 3 erzeugt wird. Durch entsprechende Wahl weiterer Prozessparameter, wie etwa einer Borkonzentration in der Borsilikatglasschicht 9, einer Phosphorkonzentration in der Phosphorsilikatglasschicht 11 oder einer jeweiligen Schichtdicke der beiden Glasschichten 9, 11, kann die im ersten Bereich 3 unerwünschte Diffusion von Phosphor minimiert werden.

Optional kann die Oxidschicht 23 zum Schutz der beiden Glasschichten 9, 11 vor äußeren Einflüssen wie Luftfeuchtigkeit oder Kontaminationen aufgebracht werden.

Während der Lasereinwirkung können bei ausreichender Energiedichte (Fluenz) der Laserstrahlung 17 zusätzliche Effekte wie eine indirekte Ablation des Schichtstapels 7 auftreten. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um im Wesentlichen gleichzeitig mit der Laserdotierung den Schichtstapel 7 im bearbeiteten ersten Bereich 3 abzutragen. In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ist dies ungefähr in einem Zeitraum zwischen 15 ns und 30 ns nach Beginn der Laserbestrahlung der Fall. Dies dient als Strukturierung des Schichtstapels 7 für die anschließende Phosphordiffusion im Ofen 19. Die Phosphorquelle in Form der Phosphorsilikatglasschicht 11 wird dadurch schon mit dem Laserprozess oberhalb des laserdotierten ersten Bereichs 3 abgetragen. Somit kann dort kein weiterer Phosphor im anschließenden Hochtemperaturschritt eindiffundieren. Wie in Fig. 4 zu erkennen, steht die Borsilikatglasschicht 9 in direktem Kontakt zum Siliziumsubstrat 1, sodass sie während der Laserbehandlung indirekt über das Siliziumsubstrat 1 erwärmt wird. Das kristalline Silizium verflüssigt sich in einem Bereich 1B und es diffundiert hauptsächlich Bor ein. Kurz darauf bildet sich durch Verdampfung eine Gasblase IC und der Schichtstapel 7 wird aufgrund einer Gasexpansion ablatiert. Dieser gewünschte Effekt verhindert bzw. vermindert die weitere Eindiffusion von Phosphor in den p-Typ-dotierten ersten Bereich 3 im anschließenden Hochtemperaturschritt im Ofen 19.

Der beschriebene Ablationsprozess kann auch dazu beitragen, dass eine weitere Diffusion von Phosphor in Substratrichtung während der Laserdotierung unterbrochen wird und somit die Bordiffusion dominant bleibt. Je dicker die Borsilikatglasschicht 9 ist, desto geringer ist zudem der Einfluss der darüberliegenden Phosphorsilikatglasschicht 11 bei der Laserdotierung. Idealerweise wird die Schichtdicke der Borsilikatglasschicht 9 so gewählt, dass der Phosphor in der Zeitspanne bis zur Ablation allenfalls in sehr geringen Mengen bis zum Siliziumsubstrat 1 diffundieren kann.

Durch eine geeignete Wahl der Laserparameter kann optional eine selektive Emitterstruktur erzeugt werden, indem der Boremitter in einem Metallisierungsbereich, in dem beispielsweise später die erste Kontaktstruktur 27 ausgebildet werden soll, vertieft und/oder mit einer erhöhten Borkonzentration ausgebildet wird, etwa durch Erhöhung der Fluenz und/oder des räumlichen Überlappungsgrades der Laserpulse. Nahe am lateralen pn- Übergang kann der erste Bereich 3 dagegen sehr schwach dotiert werden, um die Ladungsträgerrekombination dort zu reduzieren. Alternativ oder ergänzend könnte eine lokal schwächere Dotierung auch durch einen Einsatz eines zusätzlichen Lasers mit kürzeren Pulsen (Piko- oder Femtosekundenlaser) erzielt werden, da dann nur ablatiert aber kaum dotiert würde.

Zur Erzeugung von n-Typ-dotierten zweiten Bereichen 5, die komplementär zu den mittels Laserdotierung p-Typ-dotierten ersten Bereichen 3 angeordnet sind, eignet sich ein anschließender Hochtemperaturschritt im Ofen 19, hier unter Stickstoffatmosphäre.

Phosphor wird bereits bei Temperaturen von ungefähr 800 °C mobil und kann dann ins Siliziumsubstrat 1 eindiflfundieren. Im Gegensatz dazu werden für die ausreichende Diffusion von Bor deutlich höhere Temperaturen benötigt. Zusätzlich ist Borsilikatglas für Phosphor im Gegensatz zu reinem SiO_x wesentlich durchlässiger und der Glasübergangspunkt ist für Borsilikatglas reduziert; siehe hierzu: Kern, W. und Schnäble, G. L., Chemically Vapor-Deposited Borophosphosilicate Glasses for Silicon Device Applications, RCA Rev., 1982, vol. 43, no. 3, S. 423-457. Die unterschiedlichen Diffusionseigenschaften von Phosphor und Bor werden in diesem Beispiel dazu genutzt, Phosphor durch die Borsilikatglasschicht 9 hindurch ins Siliziumsubstrat 1 einzutreiben und somit den n-Typ- dotierten zweiten Bereich 5 zu erzeugen. Durch eine geeignete Prozesstemperatur kann die ungewünschte Diffusion von Bor gering gehalten werden, sodass der zweite Bereich 5 am Ende überwiegend n-Typ-dotiert ist. Der erste Bereich 3 wird durch den Hochtemperaturschritt nur geringfügig beeinflusst, da der Schichtstapel 7 hier bereits ablatiert worden ist. Gleichzeitig kann ein potenzieller Laserschaden im ersten Bereich 3 ausgeheilt werden. Letztendlich entstehen lateral angeordnete p- und n-dotierte Bereiche, wie sie beispielsweise für IBC-Zellen benötigt werden.

Zusätzlich kann in diesem Hochtemperaturschritt ein Vorderseitenfeld (FSF) gebildet werden. Denkbar ist auch ein sogenannter floating emitter an der Vorderseite 13 („front floating emitter“ kurz FFE), indem eine weitere Borsilikatglasschicht als die dritte Glasschicht 15 vorderseitig aufgebracht wird. Der Dotierstoffgehalt der dritten Glasschicht 15 kann unabhängig vom Schichtstapel 7 an der Rückseite 2 gewählt werden, was gegenüber herkömmlichen Dotierungs verfahren auf Basis von POCL einen Vorteil dars teilt.

Im Folgenden werden Versuchsergebnisse bezüglich der vorstehend beschriebenen Erzeugung lateraler p-n-Übergänge zusammengefasst.

In den Versuchen wurden, wie weiter oben erwähnt, p-Typ-Czochralski-Siliziumwafer mit einem spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 1 Qcm und 8 Qcm und (100)- Kristallorientierung verwendet. Die Basisdotierung spielt hier jedoch für den Nachweis der Durchführbarkeit keine Rolle. Sägeschäden wurden rückgeätzt; die Oberfläche wurde chemisch poliert und gereinigt. Die glatte Oberfläche der Proben ist nicht zwingend erforderlich, ermöglicht jedoch eine genaue Messung der Schichtdicken mittels Ellipsometrie und eine präzise Tiefenprofdanalyse der Glasschichten 9, 11 mithilfe optischer Glimmentladungsspektroskopie, kurz GD-OES. Der Schichtstapel 7 einschließlich der Oxid- schicht 23 in Form einer SiO_x-Cappingschicht wurde mithilfe einer Atmosphärendruck- Gasphasenabscheidungsanlage, kurz APCVD, abgeschieden. Dabei wurden der Bor- und der Phosphorgehalt für die verschiedenen Prozessgruppen variiert. Anschließend wurde bei jeder Probe ein Teil der Probenoberfläche laserbehandelt, um dort den p-Typ-dotierten ersten Bereich 3 zu erzeugen. Die Laserstrahlung 17, die für die Laserdotierung verwendet wurde, wies eine Wellenlänge von 532 nm und eine zeitliche Pulsbreite von ungefähr 40 ns auf. Zur Herstellung des n-Typ-dotierten zweiten Bereichs 5 wurden die Proben anschließend einem Hochtemperaturschritt im Ofen 19 bei zwei verschiedenen Prozesstemperaturen, nämlich 850 °C und 925 °C, unterzogen. Nach der Laserbehandlung und dem Hochtemperaturschritt wurden die Schichtwider- stände (angegeben in Fig. 6 und Fig. 7) mittels Vierspitzenmessung in den unterschiedlichen Bereichen 3, 5 gemessen. Durch die Schichtwiderstandsmessung allein kann jedoch noch keine sichere Aussage über die Art der Dotierung getroffen werden. Zudem wird der Schichtwiderstand des p-Typ-dotierten zweiten Bereichs 3 durch die darunterliegende p-Typ-dotierte Basis verfälscht, was jedoch korrigiert werden konnte.

Mithilfe von elektrochemischer Kapazitäts- und Spannungsmessungen (ECV) wurden Dotierungsprofile aufgenommen, die Auskunft über den Verlauf der elektrisch aktiven Dotierung geben. Zudem kann damit die Polarität der effektiven Dotierung bestimmt werden. Gemessen wird dabei die effektive Dotierung als Differenz aus elektrisch aktiver p-Typ- und n-Typ-Dotierung. Ergänzend wurden die lateralen p-n-Übergänge mithilfe eines Spannungsscanners (CoRRe-Scanners) nachgewiesen. Dabei werden mithilfe von Licht freie Ladungsträger im Halbleitermaterial induziert und es wird die Potenzialdiffe- renz zwischen Ober- und Unterseite lokal mit einem feinen Schleifkontakt gemessen. Liegt ein p-n-Übergang in der Tiefe vor, so baut sich eine Spannung zwischen Messspitze und Rückkontakt auf. Für diese Messungen wurde der Schichtstapel 7 zuvor mithilfe von Flusssäure entfernt. Zudem wurden SIMS-Messungen durchgeführt bei denen sowohl Bor- als auch Phosphoratome gleichzeitig gemessen wurden um Borverunreinigungen im n⁺-Bereich sowie Phosphorverunreinigungen im p⁺-Bereich zu untersuchen.

Fig. 6 zeigt beispielhaft ein dem ersten Bereich 3 zugeordnetes p⁺-Dotierungsprofil 31 und ein dem zweiten Bereich 5 zugeordnetes n⁺-Dotierungsprofil 33 bei 6 % nominellem Phosphorgehalt in der Phosphorsilikatglasschicht 11, 6 % nominellem Borgehalt in der Borsilikatglasschicht 9 und einer Temperatur von 850 °C im Ofen 19. Auf der Abszisse ist die Eindringtiefe des jeweiligen Dotierstoffs Bor bzw. Phosphor in pm aufgetragen; auf der Ordinate ist die Dotierstoffkonzentration n in cm ³ aufgetragen. Die in Fig. 6 angegebenen Dotierstoffkonzentrationen in den Glasschichten wurden theoretisch anhand der verwendeten Gasflüsse der Gasphasenabscheidungsanlage abgeschätzt und können vom realen Massenprozentgehalt der Borsilikatglasschicht 9 bzw. der Phosphorsilikatglasschicht 11 deutlich abweichen. Dennoch lassen sie qualitative Vergleiche zwischen den einzelnen Glasrezepturen zu.

Beide Dotierungsprofile 31, 33 weisen eine ausreichende Oberflächenkonzentration für die Kontaktierung mittels kommerzieller Siebdruckpasten auf. Durch Anpassung der verwendeten Laserparameter können die Eindringtiefe und die Form des p-Typ-Dotierungs- profils 31 variiert werden, etwa um eine selektive Emitterstruktur zu erzeugen. Fig. 7 veranschaulicht p⁺-Dotierungsprofile 31a, 31b und n⁺-Dotierungsprofile 33a, 33b, die mithilfe des hier beschriebenen Dotierungsverfahrens bei verschiedenen Temperaturen T_a = 850 °C bzw. Tb = 925 °C während des Hochtemperaturschritts im Ofen 19 erzeugt wurden. Es ist zu erkennen, dass bei der höheren Temperatur Tb insbesondere das n-Typ-Dotierungsprofil 33b tiefer in das Siliziumsubstrat hineinreicht als bei der niedrigeren Temperatur T_a. Der qualitative Verlauf der n⁺-Dotierungsprofile 33a, 33b bleibt jedoch ähnlich, insbesondere hinsichtlich eines sehr hoch dotierten Kink-Bereichs 43 bis ungefähr 0,1 pm ausgehend von der Substratoberfläche. Bei Bedarf, beispielsweise um Rekombinationsverluste zu reduzieren, kann dieser Kink-Bereich 43 durch Zurückätzen der Substratoberfläche nachträglich entfernt werden (in Fig. 7 angedeutet durch eine vertikale gestrichelte Linie, die mit „EB“ (etch back) gekennzeichnet ist).

Die Messungen zeigten, dass der Schichtwiderstand in den zweiten Bereichen 5 mit zunehmendem Phosphorgehalt in der Phosphorsilikatglasschicht 11 erwartungsgemäß sinkt. Eine höhere Diffusionstemperatur führte ebenfalls zu deutlich niedrigeren Schichtwiderständen, da dadurch mehr Phosphor eindiffundieren kann. Weniger intuitiv erscheint zunächst die Abhängigkeit der n-Typ-Dotierung vom Borgehalt der Borsilikatglasschicht 9. Hier führte ein höherer Borgehalt ebenfalls zu einem reduzierten Schichtwiderstand, obwohl die zusätzlichen Boratome als p-Typ-Dotierstoff die n-Typ-Dotierung eigentlich teilweise hätten kompensieren müssen. Ein erhöhter Borgehalt führt jedoch auch zu einer verstärkten Phosphordiffusion durch die Borsilikatglasschicht 9. Ein Vergleich mit einer reinen SiO_x-, also Quarzglasschicht, die statt der Borsilikatglasschicht 9 verwendet wurde, machte deutlich, dass SiO_x sogar eine effektive Diffusionsbarriere für Phosphor darstellt und erst das Bor das Oxid für Phosphor durchlässig macht. Ein Argument für dieses Verhalten ist der deutlich reduzierte Schmelz- bzw. Glasübergangspunkt von Borsilikatglas im Vergleich zu reinem Quarzglas. Mit zunehmender Erweichung der Gläser erhöht sich auch die Diffusivität von Fremdatomen wie Bor oder Phosphor. Je mehr Bor im Glas vorhanden ist, desto weicher und durchlässiger wird daher das Glas für Phosphor bei einer gegebenen Temperatur.

Die Schichtwiderstände der p-Typ-dotierten ersten Bereiche 3 stiegen im Schnitt mit zunehmendem Phosphorgehalt an. Dies lässt sich damit erklären, dass ein geringer Anteil des Phosphors bei der Laserdotierung durch die Borsilikatglasschicht 9 diffundiert und somit ein entsprechender Anteil der p-Typ-Dotierung kompensiert wird. Dieser Kompensationseffekt nimmt mit zunehmendem Phosphorgehalt zu. Konsistent ist, dass der Schichtwiderstand der ersten Bereiche 3 mit zunehmendem Borgehalt sinkt, da mehr Boratome für die konzentrationsgetriebene Flüssigphasendiffusion zur Verfügung stehen. Der anschließende Hochtemperaturschritt bei höheren Temperaturen um 925 °C senkt den Schichtwiderstand im Vergleich zu niedrigeren Temperaturen um 850 °C weiter ab, was auf eine Umverteilung und mögliche Aktivierung von inaktivem Bor schließen lässt.

In Fig. 8 sind Dotierungsprofile veranschaulicht, wie sie durch ECV-Messungen bzw. SIMS-Messungen in einem ersten Bereich 3 einer erfindungsgemäß hergestellten Solarzelle 25 (siehe Fig. 5a und Fig. 5b) ermittelt wurden. Ein mittels SIMS gemessener Konzentrationsverlauf 45 von Bor als dominantem Dotierstofftyp entspricht hierbei gut einem mittels ECV gemessenen Konzentrationsverlauf 47 der p-Typ Dotierung mit Bor. Die Konzentrationen von Bor sind dabei bis in eine Tiefe von ca. 0,3 pm näherungsweise konstant und liegen deutlich oberhalb von 2el9 cm³. Ferner sind die Konzentrationen von Bor innerhalb eines oberflächennahen Bereichs 51 zwischen 30 nm und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 um wenigstens den Faktor 3 höher als Konzentrationen von Phosphor als überkompensiertem Dotierstofftyp in einem mittels SIMS gemessenen Konzentrationsverlauf 49.

In Fig. 9 sind Dotierungsprofile veranschaulicht, wie sie durch ECV-Messungen bzw. SIMS-Messungen in einem zweiten Bereich 5 einer erfindungsgemäß hergestellten Solarzelle 25 ermittelt wurden. Ein Konzentrationsverlauf 53 gibt dabei eine Phosphorkonzentration an, wie sie in einem Hochtemperaturschritt bei 850 °C erzeugt wurde, wohingegen ein Konzentrationsverlauf 55 eine Phosphorkonzentration angibt, wie sie in einem Hochtemperaturschritt bei 925 °C erzeugt wurde. Ein Konzentrationsverlauf 57 gibt ferner eine Borkonzentration an, wie sie in einem Hochtemperaturschritt bei 850 °C erzeugt wurde, wohingegen ein Konzentrationsverlauf 59 eine Borkonzentration angibt, wie sie in einem Hochtemperaturschritt bei 925 °C erzeugt wurde. Es ist zu erkennen, dass die durch Festkörperdiffusion im zweiten Bereich 5 generierten Konzentrationsverläufe 53, 55, 57, 59 sich grundsätzlich von den in Fig. 8 dargestellten, durch Flüssigphasendiffusion generierten Konzentrationsverläufen 45, 47, 49 im ersten Bereich 3 unterscheiden und insbesondere die Konzentrationen mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 stark abnehmen. Ähnlich wie in den ersten Bereichen 3 sind jedoch auch in den zweiten Bereichen 5 sowohl Phosphor als auch Bor als Dotierstofftypen messbar, wobei in den zweiten Bereichen 5 im Gegensatz zu den ersten Bereichen 3 Phosphor als dominanter Dotierstofftyp auftritt.

Die vorstehend beschriebenen Versuchsergebnisse können als ausreichender Nachweis für die Durchführbarkeit des vorstehend beschriebenen Dotierungsverfahrens angesehen werden. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass mit dem vorstehend beschriebenen Dotierungsverfahren durch eine geeignete Kombination der Prozessparameter kontaktierbare und ausreichend elektrisch leitfähige p-Emitterprofile und n-dotierte BSF-Dotierungspro- file, die für die Verwendung mit IBC-Solarzellen geeignet sind, erzeugt werden können. Selbstverständlich kann die Form der Dotierungsprofile 31, 33 durch geeignetes Variieren der Prozessparameter weiter optimiert und an die gewünschte Anwendung angepasst werden.

Abschließend wird mit Bezug auf Fig. 10a bis 10c eine Variante eines erfindungsgemäßen Dotierungsverfahrens erläutert. In dieser Variante ist nicht wie bei dem weiter oben erläuterten Beispiel eine Borsilikatglasschicht 9 sondern eine Phosphorsilikatglasschicht 11 an die Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 angelagert und erst daran angrenzend folgt die Borsilikatglasschicht 9, d. h., die Folge der Glasschichten 9, 11 ist umgekehrt. Ergänzend befindet sich zwischen der Phosphorsilikatglasschicht 11 und der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 eine selektive Diffusionsbarriere schicht 41.

Während des Easerdotierens (siehe Fig. 10b) wird überwiegend Phosphor aus der Phosphorsilikatglasschicht 11 in die Siliziumoberfläche eingetrieben, sodass eine oberflächennahe n⁺-Dotierung im ersten Bereich 3 resultiert. Die Diffusionsbarriereschicht 41 bleibt während des Easerdotierens weitgehend wirkungslos.

Während der Festkörperdiffusion im Hochtemperaturschritt (siehe Fig. 10c) wird überwiegend Bor aus der Borsilikatglasschicht 9 in die Siliziumoberfläche eingetrieben, da der Phosphor aus der Phosphorsilikatglasschicht 11 durch die selektive Diffusionsbarriereschicht 41 am Eindiffiindieren gehindert wird. Dementsprechend ergibt sich im zweiten Bereich 5 eine dominante p⁺-Dotierung.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ usw. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit Merkmalen oder Schritten, die mit Verweis auf andere der vorstehenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Bezugszeichenliste

1 Siliziumsubstrat

1B verflüssigter Bereich

IC Gasblase

2 Rückseite

3 erster Bereich

5 zweiter Bereich

7 Schichtstapel

9 erste Glasschicht, Borsilikatglasschicht

11 zweite Glasschicht, Phosphorsilikatglasschicht

13 Vorderseite

15 dritte Glasschicht

17 Laserstrahlung

19 Ofen

21 dritter Bereich

23 Oxidschicht

25 Solarzelle

27 erste Kontaktstruktur

29 zweite Kontaktstruktur

31 p-Typ-Dotierungsprofil

33 n-Typ-Dotierungsprofil

35 schwach und flach dotierter p-Typ-Bereich

37 stark und tief dotierter p-Typ-Bereich

39 kompensiert dotierter Pufferbereich

41 Diffusionsbarriereschicht

43 Kink-Bereich

45 mittels SIMS gemessener Konzentrationsverlauf von Bor

47 mittels ECV gemessener Konzentrationsverlauf von Bor

49 mittels SIMS gemessener Konzentrationsverlauf von Phosphor

51 oberflächennaher Bereich

53 Konzentrationsverlauf von Phosphor bei 850 °C

55 Konzentrationsverlauf von Phosphor bei 925 °C

57 Konzentrationsverlauf von Bor bei 850 °C

59 Konzentrationsverlauf von Bor bei 925 °C

Claims

32

Ansprüche

1. Verfahren zum Dotieren eines Siliziumsubstrats (1), insbesondere für eine Solarzelle (25), wobei das Verfahren umfasst:

Beschichten einer Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) mit einem Schichtstapel (7) aus mindestens zwei Glasschichten (9, 11), sodass der Schichtstapel (7) zumindest einen zu dotierenden ersten Bereich (3) und einen zu dotierenden zweiten Bereich (5) des Siliziumsubstrats (1) bedeckt, wobei der Schichtstapel (7) eine Bor als p-Typ-Dotierstoff enthaltende erste Glasschicht (9) und eine Phosphor als n-Typ-Do- tierstoff enthaltende zweite Glasschicht (11) umfasst;

Bestrahlen des mit dem Schichtstapel (7) bedeckten ersten Bereichs (3) mit Laserstrahlung (17) derart, dass Dotierstoflf überwiegend aus derjenigen der zwei Glasschichten (9, 11), die der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) näher liegt als die andere der zwei Glasschichten (9, 11), oberflächennah in das Siliziumsubstrat (1) eingebracht wird und der Schichtstapel (7) ablatiert wird, um einen dotierten ersten Bereich (3) zu erhalten, von dem der Schichtstapel (7) ablatiert ist, wobei der mit dem Schichtstapel (7) bedeckte zweite Bereich (5) nicht mit der Laserstrahlung (17) bestrahlt wird und somit dort der Schichtstapel nicht ablatiert ist; und, anschließend, Erhitzen des Siliziumsubstrats (1) in einem Ofen (19) auf eine Temperatur von mindestens 700 °C derart, dass Dotierstoff überwiegend aus einer der zwei Glasschichten (9, 11) oberflächennah in das Siliziumsubstrat (1) eingebracht wird, um einen dotierten zweiten Bereich (5) zu erhalten, dessen Dotierung sich in ihrer Polarität und/oder Dotierungsstärke von einer Dotierung des dotierten ersten Bereichs (3) unterscheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Glasschicht (9) diejenige der zwei Glasschichten (9, 11) ist, die der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) näher liegt als die andere der zwei Glasschichten (9, 11), und die andere der zwei Glasschichten (9, 11) die zweite Glasschicht (11) ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) derart mit der ersten Glasschicht (9) beschichtet wird, dass die Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) und die erste Glasschicht (9) direkt aneinandergrenzen. 33 Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Glasschicht (9) und die zweite Glasschicht (11) direkt aneinandergrenzen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dotierte erste Bereich (3) überwiegend p-Typ-dotiert ist; und/oder wobei der dotierte zweite Bereich (5) überwiegend n-Typ-dotiert ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtstapel (7) auf eine erste Seite (2) des Siliziumsubstrats (1) aufgebracht wird und zusätzlich eine Phosphor als n-Typ-Dotierstoff enthaltende dritte Glasschicht (15) auf eine der ersten Seite (2) gegenüberliegende zweite Seite (13) des Siliziumsubstrats (1) aufbracht wird; wobei nur die erste Seite (2) mit der Laserstrahlung (17) bestrahlt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erhitzen des Siliziumsubstrats (1) in einer dotierstofflfreien Atmosphäre durchgeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtstapel (7) zusätzlich eine Oxidschicht (23) umfasst, die als letzte Schicht des Schichtstapels (7) aufgebracht wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtstapel (7) zusätzlich eine Diflfusionsbarriereschicht umfasst, die als Diffusionsbarriere für den Bor aus der ersten Glasschicht (9) und/oder für den Phosphor aus der zweiten Glasschicht (11) wirkt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mit dem Schichtstapel (7) bedeckte erste Bereich (3) in mindestens eine erste Bestrahlungszone und eine zweite Bestrahlungszone unterteilt wird und in der ersten Bestrahlungszone mit anderen Laserparametern bestrahlt wird als in der zweiten Bestrahlungszone. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine jeweilige Schichtdicke der ersten Glasschicht (9) und der zweiten Glasschicht (11) größer als 5 nm, insbesondere größer als 10 nm, und/oder kleiner als 200 nm, insbesondere kleiner als 60 nm, ist. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (25), wobei das Verfahren umfasst:

Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (1), das einen dotierten ersten Bereich (3) und einen dotierten zweiten Bereich (5) umfasst, wobei das Siliziumsubstrat (1) in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dotiert wurde;

Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur (27), die den dotierten ersten Bereich (3) elektrisch leitfähig kontaktiert; und

Ausbilden einer zweiten Kontaktstruktur (29), die den dotierten zweiten Bereich (5) elektrisch leitfähig kontaktiert. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Kontaktstruktur (27) und die zweite Kontaktstruktur (29) an ein und derselben Seite (2) des Siliziumsubstrats (1) ausgebildet werden. Solarzelle (25), umfassend: ein Siliziumsubstrat (1), das einen ersten Bereich (3) und einen lateral zum ersten Bereich (3) benachbarten zweiten Bereich (5) umfasst, die jeweils an eine Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) angrenzen, wobei sich eine Dotierung innerhalb des zweiten Bereichs (5) von einer Dotierung innerhalb des ersten Bereichs (3) hinsichtlich einer Art und/oder Konzentration von Dotierstoffen unterscheidet; wobei der erste Bereich (3) eine Dotierung mit einem dominanten Dotierstoffiyp sowie eine Dotierung mit einem überkompensierten Dotierstofftyp aufweist, wobei sowohl eine Dotierstoffkonzentration des dominanten Dotierstofftyps als auch eine Dotierstoffkonzentration des überkompensierten Dotierstofftyps innerhalb des ersten Bereichs (3) höher ist als eine Grunddotierung des Siliziumsubstrats (1), wobei der erste Bereich (3) oberflächennah eine Topographie und/oder Kristallstruktur aufweist, welche in charakteristischer Weise von einem temporären Aufschmelzen und Wieder-Erstarren von Material des Siliziumsubstrats (1) resultiert.

15. Solarzelle (25) nach Anspruch 14, wobei sowohl der dominante Dotierstofftyp als auch der überkompensierte Dotier- stofftyp im ersten Bereich (3) innerhalb eines oberflächennahen Schichtbereichs bis in eine Tiefe von wenigstens 0,05 pm, vorzugsweise wenigstens 0,3 pm, Dotierstoffkonzentrationen von mehr als lel7 cm ³ aufweist.

16. Solarzelle (25) nach einem der Ansprüche 14 und 15. wobei ein Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps im ersten Bereich (3) zumindest in einem oberflächennahen Bereich (51), der 30 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) beginnt und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) endet, einen Konzentrationsverlauf (45, 47) aufweist, dessen Dotierstoffkonzentrationen wenigstens ein Dreifaches, vorzugsweise wenigstens ein Zehnfaches, von ortsgleichen Dotierstoffkonzentrationen in einem Konzentrationsverlauf (49) der Dotierung mit dem überkompensierten Dotierstofftyp betragen. Solarzelle (25) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei sowohl das Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps als auch das Dotierungsprofil des überkompensierten Dotierstofftyps im ersten Bereich (3) einen Konzentrationsverlauf (45, 47, 49) aufweisen, der zumindest im oberflächennahen Bereich (51) eine im Wesentlichen konstante Dotierstoffkonzentration angibt. Solarzelle (25) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der dominante Dotierstofftyp im ersten Bereich (3) eine Bordotierung ist und wobei der überkompensierte Dotierstofftyp im ersten Bereich (3) eine Phosphordotierung ist. Solarzelle (25) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der zweite Bereich (5) eine Dotierung mit einem dominanten Dotierstoff- typ aufweist, der dem dominanten Dotierstofftyp des ersten Bereichs (3) entgegengesetzt ist. Solarzelle (25) nach Anspruch 19, wobei das Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps im zweiten Bereich (5) einen Konzentrationsverlauf (53, 55) aufweist, der zumindest in einem oberflächennahen Bereich (51), der 30 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) beginnt und 100 nm unterhalb der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) endet, eine sich sukzessive um wenigstens 50 % abnehmende Dotierstoffkonzentration angibt. Solarzelle (25) nach einem der Ansprüche 19 und 20, wobei der zweite Bereich (5) ferner eine Dotierung mit einem überkompensierten Dotierstofftyp aufweist, wobei ein Dotierungsprofil des dominanten Dotierstofftyps im zweiten Bereich (5) im oberflächennahen Bereich (51) einen Konzentrationsverlauf (53, 55) aufweist, dessen Dotierstoffkonzentrationen wenigstens ein Doppeltes, vorzugsweise 36 wenigstens ein Fünffaches, von ortsgleichen Dotierstoffkonzentrationen in einem Konzentrationsverlauf (57, 59) der Dotierung mit dem überkompensierten Dotier- stofftyp betragen.