WO2023083418A1 - Solarzelle und verfahren zur herstellung einer solarzelle - Google Patents

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WO2023083418A1
WO2023083418A1 PCT/DE2022/100843 DE2022100843W WO2023083418A1 WO 2023083418 A1 WO2023083418 A1 WO 2023083418A1 DE 2022100843 W DE2022100843 W DE 2022100843W WO 2023083418 A1 WO2023083418 A1 WO 2023083418A1
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conductive
solar cell
front side
backside
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PCT/DE2022/100843
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English (en)
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Bernhard Klöter
Michael Schley
Enrico Jarzembowski
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Hanwha Q Cells Gmbh
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Publication date
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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
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    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
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    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation

Definitions

  • the invention relates to a solar cell and a method for producing a solar cell. More particularly, the invention relates to a solar cell comprising a substrate having a front and a back and a plurality of edges extending between the front and back, a front conductive layer, a front electrode, a tunnel layer, a back conductive layer, and a back -Has electrode and a method for producing this solar cell.
  • the front is the side onto which light falls when the solar cell is in operation
  • the back is a side of the solar cell that is averted from light when the solar cell is in operation.
  • the front-side conductive layer is arranged on a surface of the front-side, and the front-side electrode is arranged on the front-side, in particular on the front-side conductive layer and electrically connected to the front-side conductive layer.
  • the tunnel layer is arranged on a back surface.
  • the conductive back layer is arranged on the tunnel layer.
  • the backside electrode is arranged on the backside and is electrically connected to the conductive backside layer.
  • Such a solar cell is called a TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) cell.
  • a solar cell of this type is known from EP 3 026 713 A1, the solar cell having an insulating section in which the conductive rear side layer and optionally the tunnel layer are cut out, so that electrical contact between the conductive rear side layer and the conductive front side Layer is structurally prevented.
  • This insulating section is necessary because the layers on the back are formed during the manufacturing process in such a way that they also extend along the edges and possibly also encompass the front side, ie are formed in areas of the front side adjoining the edges.
  • This insulation section can be on a peripheral area of the front, the edges or be arranged on the back.
  • the invention is therefore based on the object of providing an improved solar cell and a method for producing such a solar cell.
  • the invention is based on the one hand on the basic idea or knowledge that in a process control for the production of a solar cell in which the substrate is provided on the back of the substrate with a tunnel layer and then the conductive back layer using a doping step and a subsequent annealing step is applied to the tunnel layer, during the execution of these process steps a highly doped rear side layer is formed, so that the highly doped rear side layer is arranged between the substrate and the tunnel layer.
  • the invention is based on the finding that a short circuit (shunt) occurs in the area where the highly doped rear side layer meets the conductive front side layer, since the tunnel layer does not offer sufficient insulation for the current flow.
  • the insulating section is therefore located on or near the edge of the solar cell, particularly in the area where the conductive front-side layer and the highly doped back-side layer meet. Furthermore, the meeting of the backside conductive layer and the frontside conductive layer is also avoided, so that such a contact zone is not formed and no short circuit occurs.
  • the invention relates to a solar cell, having a substrate with a front side and a back side and a plurality of edges extending between the front side and the back side, a front-side conductive layer arranged on a front-side surface, a front-side electrode arranged on the front-side and electrically connected to the front-side conductive layer, a highly-doped back-side layer arranged on a back-side surface a tunnel layer arranged on the heavily doped back layer, a conductive back layer arranged on the heavily doped back layer and the tunnel layer, a back electrode arranged on the back and with the conductive backs layer is electrically connected, an insulating portion formed adjacent to the front surface and on the edges adjacent to the front surface, wherein a back layer package comprising the highly doped back layer, the tunnel layer and the conductive back layer in the insulating portion are recessed so that electrical contact between the heavily doped backside layer and the conductive frontside layer is structurally prevented.
  • This solar cell has a highly doped backside layer between the substrate and the tunnel layer.
  • the isolation section ensures that the front-side conductive layer has neither electrical contact to the heavily-doped back-side layer nor electrical contact to the back-side conductive layer to prevent a short circuit.
  • the insulating section has a width in the range from 1 nm to 1 mm, the width of the insulating section corresponding to a distance between the conductive front-side layer and the rear-side layer stack.
  • This broad range has proven to be sufficient to ensure that no or at least no significant short-circuit current flows when the solar cell is used as intended.
  • the width shown is not the exact structural dimension, but the functional feature of the electrical insulation is decisive.
  • a width in the nanometer range already provides the necessary electrical insulation.
  • the ultimately realized width of the insulating section depends in particular on the manufacturing method selected and on the process control during the production of the insulating section.
  • the solar cell preferably also has a front-side passivation layer which is arranged on the conductive front-side layer.
  • the front-side passivation layer is preferably arranged on a side of the conductive front-side layer which faces away from the substrate.
  • the solar cell also has a rear-side passivation layer, which is arranged on the tunnel layer and the conductive rear-side layer.
  • the rear-side passivation layer is preferably arranged on a side of the conductive rear-side layer that faces away from the tunnel layer.
  • the front and/or back passivation layer is a dielectric layer.
  • the substrate is preferably a silicon wafer, more preferably an n-type c-Si wafer.
  • the conductive front layer is preferably a p-emitter layer, more preferably a p+ emitter layer.
  • the front-side conductive layer is preferably acceptor-doped, more preferably boron-doped.
  • the conductive backside layer is formed as an n-type emitter layer, preferably as an n-type poly-Si layer.
  • the conductive rear-side layer is preferably donor-doped, in particular phosphorus-doped.
  • the highly doped backside layer is preferably an n-doped region, preferably n+-doped region, which is formed as a layer.
  • the highly doped backside layer is formed during the production of the conductive backside layer in the doping and annealing steps by the dopant diffusing through the tunnel layer into the substrate.
  • the invention relates to a method for producing a solar cell, having the following steps
  • the solar cell semi-finished product having:
  • a highly doped backside layer which is arranged on a surface of the backside and extends along the edges to the frontside
  • a tunnel layer which is arranged on the highly doped rear side layer and also extends along the edges to the front side
  • a conductive backside layer which is arranged on a side of the tunnel layer that faces away from the highly doped backside layer and extends along the edges to the front side
  • the edge isolation prevents significant short-circuit currents from flowing from the front-side conductive layer into the highly-doped back-side layer and into the back-side conductive layer. Due to the electrical separation of these layers, such short-circuit currents are therefore adequately prevented during operation of the solar cell.
  • the highly doped backside layer is preferably formed by diffusing into the substrate during the production of the conductive backside layer, which is produced by applying, doping and annealing the backside layer.
  • the annealing is preferably carried out at a temperature of 800 - 1100°C.
  • the heavily doped rear side layer is also formed at the edges in the case of a substrate that is already provided with the front side layer, which is conductive in particular due to doping, so that an intermediate region is formed in which the doping of the conductive front side layer and the doping of the highly doped rear sides -layer meet and form the intermediate area.
  • the process control for the production of the solar cell semi-finished product is preferably designed in such a way that this intermediate area is formed on the front side adjacent to the edges in order to carry out the edge insulation on the front side and, if necessary, on the edges in such a way that the insulating section is adjacent to a surface of the front side towards the edges and formed in the intermediate region.
  • the edge isolation comprises performing a front acid etch step and then performing an alkaline etch step.
  • the acidic etching step on the front side in particular removes the back side glass layer located there, while it remains on the back side.
  • the front acid etch step is preferably performed inline.
  • the complete removal of the backside glass layer from the front side is very important, because in the subsequent alkaline etching step the conductive backside layer, the Tunnel oxide and the parts of the highly doped backside layer on the front side and the edges are removed. It is important to note that a purely alkaline etching step is not sufficient to remove the backside glass layer, as this acts as an etch stop in the alkaline etching process.
  • the alkaline etching step can be carried out either as a one-side (batch or inline) or immersion process (batch).
  • the front-side acidic etching step the front-side glass layer is at least partially preserved. This can be achieved by partial oxide etching or thinning of the front glass layer.
  • the layer thicknesses of the rear-side glass layer and the front-side gas layer are designed accordingly.
  • the acidic etch step comprises exposing the front side to an HF-containing solution.
  • the acidic etching step comprises exposing the front side to an HF-containing solution containing 1-10 wt% HF at 10-40°C and 10s to 100s.
  • This process control ensures that the back glass layer is completely removed in the area exposed to the HF-containing solution without damaging the back glass layer on the back, since this is still required to protect the back in the alkaline etching step.
  • Characteristics of this acid etch step are that the exposed conductive backside layer is hydrophobic, while the backside and frontside glass layers are hydrophilic. Due to the local residues of the backside glass layer on the backside, a water cap can be created in the subsequent alkaline etching step on the backside, which protects the conductive backside layer on the backside from being removed, because in this step the conductive backside layer is intended to contain the tunnel oxide and the portions of the highly doped back layer on the front and edges are removed.
  • the alkaline etching step is preferably carried out wet-chemically. In a preferred embodiment, the alkaline etching step comprises exposing the front and optionally the back to a KOH containing solution.
  • the alkaline etching step comprises exposing the front and optionally the back to a KOH-containing solution containing 1-20% by weight of KOH, preferably 5 to 20% by weight of KOH, at 50-85 °C and 50 -200s on. This ensures that the conductive backing layer is completely removed from the front and optionally from the edges. The removal of the conductive backing layer on the front is visible, for example, using a microscope. The thickness of the front-side glass layer can also be reduced by the alkaline etching step, which can be perceived by a color change.
  • a solar cell is provided whose front side and back side still have the front side glass layer and the back side glass layer, respectively.
  • These can be removed by acid etching, preferably wet chemical by exposing the front and back to a solution containing HF.
  • acidic etching can be used to clean residues from the surfaces. After the acidic etching, the front and back can each be provided with passivation layers and electrodes. Procedures for this are generally known.
  • the edge isolation preferably also includes, following the alkaline etching step, carrying out a further acidic etching step and then carrying out a further alkaline etching step.
  • the further treatment also removes the tunnel layer and the highly doped rear-side layer from the front side at the edges, so that contact between the conductive front-side layer and the rear-side layer package is interrupted and the short circuit is thus removed.
  • the tunnel layer is removed by the further acidic etching step, and the highly doped rear side layer is removed by the subsequent further alkaline etching step.
  • the front-side glass layer and the back-side glass layer still located on the back are preferably removed by the acidic etching, as already described above.
  • the solar cell is again provided, the front and back of which can each be provided with passivation layers and electrodes.
  • the further acidic etching step comprises exposing the front side to an HF-containing solution and the further alkaline etching step comprises exposing the front side and optionally the back side to a KOH-containing solution, more preferably exposing the front side and optionally the back to a KOH-containing solution containing 5-20% by weight of KOH at 50-85 °C and 50-200 s.
  • the further alkaline etching step can be carried out either as a one-side (batch or inline) or immersion process (batch).
  • the edge isolation preferably has two method steps, namely the acidic etching and the subsequent alkaline etching, as described above.
  • the edge isolation in a second variant of the method preferably has four method steps, namely acidic etching, subsequent alkaline etching, subsequent further acidic etching and subsequent alkaline etching, as described above.
  • the first variant of the method is preferred over the second variant of the method.
  • the edge isolation can be carried out in such a way that the etchings only etch away the relevant layers, as described above, in the intermediate area or, alternatively, additionally etch away the relevant layers at the edges. The result ultimately depends on the process control.
  • the front side glass layer from the front side and the back side glass layer from the back are preferably subjected to acid etching on both sides, in which the front side glass layer and the rear residues of the back side glass layer are removed.
  • the conductive backside layer is formed as an n-type, preferably n+ emitter layer, preferably as an n-type poly-Si layer.
  • the conductive backside layer is preferably doped with phosphorus.
  • the conductive front-side layer is formed as a p-type, more preferably as a p+ emitter layer.
  • the conductive front-side layer is preferably boron-doped.
  • FIG. 3 to 6 each show a method step in a method for producing a solar cell according to the present invention.
  • a partial cross-sectional view of the solar cell or a semi-finished solar cell product is shown in each of the figures.
  • 1, 2 each show a method step in a method for producing a solar cell according to EP 3 026 713 A1 as prior art.
  • 1 shows a provision of a semi-finished solar cell product, which has a substrate 1 with a front side 11 and a rear side 12 and a plurality of edges 13 extending between the front side 11 and rear side 12, one of which is shown. Furthermore, a conductive face layer 2 is arranged on a surface of the face 11 .
  • a front-side glass layer 3 is also arranged on a side of the conductive front-side layer 2 facing away from the substrate 1 .
  • a tunnel layer 4 is arranged on the substrate on the rear side 12 and also extends along the edges 13 to the front side 11 .
  • a conductive backside layer 5 is arranged on a side of the tunnel layer 4 facing away from the substrate 1 and extends along the edges 13 to the front side 11. Furthermore, a backside glass layer 6, which is on a side facing away from the tunnel layer 4, conductive backside layer 5 and extends along the edges 13 to the front side 11 .
  • the tunnel layer 4, the conductive backside layer 5 and the backside glass layer 6 encompass the front side 11, ie they are arranged in an edge region of it. A region where the front-side conductive layer 2, the tunnel layer 4 and the back-side conductive layer 5 meet is highlighted by a circle.
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 1 is subjected to a removing process, so that the solar cell semi-finished product shown in FIG. 2 is obtained.
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 2 corresponds to the solar cell semi-finished product shown in FIG. 1 with the difference that it has an insulating section 16 in the area highlighted by the circle and that the back glass layer 6 is removed. In the insulating portion, the tunnel layer 4 and the backside conductive layer 5 are removed.
  • the removal process thus resulted in the backside glass layer 6 and in the insulating section 16 the tunnel layer 4 and the backside conductive layer 5 being removed.
  • 3 to 6 each show a method step in a method for manufacturing a solar cell according to the
  • a solar cell semi-finished product is provided in FIG. 3 .
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 3 corresponds to the solar cell semi-finished product shown in FIG. 1 with the difference that a highly doped rear side layer 7 is arranged on the rear side 12 between the substrate 1 and the tunnel layer 4 .
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 3 is subjected to a one-sided acidic etching step on the front and a one-sided alkaline etching step.
  • the semi-finished solar cell product subjected to the etching step is shown in FIG. It corresponds to the solar cell semi-finished product shown in Fig.
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 4 is either further subjected to the above alkaline etching step or alternatively subjected to a further one-sided front-side acidic etching step and a further alkaline etching step.
  • the solar cell semi-finished product shown in FIG. 5 is obtained directly after application of the acidic and subsequent alkaline etching to the solar cell semi-finished product shown in FIG. If the alkaline etching step, however, stopped before the tunnel layer 4 and the highly doped back layer 7 has been etched away, the solar cell semi-finished product shown in FIG.
  • this semi-finished solar cell product is then subjected to a further acidic etch, in which the tunnel layer 4 is removed, and a further alkaline etch, in which the highly doped rear-side layer 7 is removed, so that only starting from the solar cells shown in FIG -Semi-finished product after further acidic and alkaline etching, the solar cell semi-finished product shown in FIG. 5 is obtained.
  • FIG. corresponds to the solar cell semi-finished product shown in FIG. 4 with the difference that the insulation section 16 is free of the tunnel layer 4 and the highly doped rear-side layer 7 .
  • the tunnel layer 4, the highly doped rear side layer 7 and also the intermediate region 17 are removed in the insulating section 16.
  • FIG. Now the solar cell semi-finished product shown in Fig.
  • the rear side 12 can also be provided with a rear side passivation layer 8 applied to the conductive rear side layer 5 and a rear side electrode 15 which is electrically connected to the conductive rear side layer 5 become.
  • Such a solar cell provided with the above passivation layers 8, 9 and electrodes 14, 15 is shown in FIG.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend - ein Substrat (1 ) mit einer Frontseite (11) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13), - eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11) angeordnet ist, - eine Frontseiten-Elektrode (14), die auf der Frontseite (11) angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) elektrisch verbunden ist, - eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist, - eine Tunnelschicht (4), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist, - eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der Tunnelschicht (4) angeordnet ist, - eine Rückseiten -Elektrode (15), die auf der Rückseite (12) angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) elektrisch verbunden ist, - einen Isolationsabschnitt (16), der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite (11) und auf den der Oberfläche der Frontseite (11) angrenzenden Kanten (13) ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) in dem Isolationsabschnitt (16) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem Solarzellen-Halbzeug, dass mehreren Ätzschritten unterzogen wird, um den Isolationsabschnitt (16) zu erzeugen.

Description

Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Solarzelle, die ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und Rückseite erstreckenden Kanten, eine leitfähige Frontseiten- Schicht, eine Frontseiten-Elektrode, eine Tunnelschicht, eine leitfähige Rückseiten-Schicht, und eine Rückseiten-Elektrode aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Solarzelle. Die Frontseite ist die Seite, auf die im Betrieb der Solarzelle Licht fällt, während die Rückseite eine im Betrieb der Solarzelle lichtabgewandte Seite der Solarzelle darstellt.
Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet, und die Frontseiten-Elektrode ist auf der Frontseite, insbesondere auf der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht elektrisch verbunden. Die Tunnelschicht ist auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist auf der Tunnelschicht angeordnet. Die Rückseiten-Elektrode ist auf der Rückseite angeordnet und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht elektrisch verbunden. Eine solche Solarzelle wird als TOPCon- (Tunnel Oxide Passivated Contact-) Zelle bezeichnet.
Eine derartige Solarzelle ist aus der EP 3 026 713 A1 bekannt, wobei die Solarzelle einen Isolationsabschnitt aufweist, in dem die leitfähige Rückseiten- Schicht und optional die Tunnelschicht ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der leitfähigen Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist. Dieser Isolationsabschnitt ist notwendig, da die sich auf der Rückseite befindenden Schichten während des Herstellungsverfahrens derart gebildet werden, dass sie sich auch entlang der Kanten erstrecken und ggf. auch auf die Frontseite umgreifen, d.h. in an die Kanten angrenzenden Bereichen der Frontseite ausgebildet sind. Dieser Isolationsabschnitt kann an einem Randbereich der Frontseite, der Kanten oder der Rückseite angeordnet sein. Es besteht weiterhin ein Bedarf an einer noch weiter verbesserten Solarzelle.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzelle bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Solarzelle mit den Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Modifikationen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht einerseits auf der Grundidee bzw. Erkenntnis, dass sich bei einer Prozessführung zur Herstellung einer Solarzelle, in der das Substrat auf der Rückseite des Substrats mit einer Tunnelschicht versehen wird und dann die leitfähige Rückseiten-Schicht unter Verwendung eines Dotier-Schritts und eines daran anschließenden Annealing-Schritts auf der Tunnelschicht aufgebracht wird, während der Ausführung dieser Prozessschritte eine hochdotierte Rückseiten-Schicht ausgebildet wird, so dass zwischen dem Substrat und der Tunnelschicht die hochdotierte Rückseiten-Schicht angeordnet ist. Andererseits beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass ein Kurzschluss (Shunt) im Bereich des Aufeinandertreffens der hochdotierten Rückseiten- Schicht mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht auftritt, da die Tunnelschicht keine ausreichende Isolation für den Stromfluss bietet. Der Isolationsabschnitt liegt daher auf oder in der Nähe der Kante der Solarzelle insbesondere in dem Bereich, in dem die leitfähige Frontseiten-Schicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht aufeinandertreffen. Weiterhin wird das Aufeinandertreffen der leitfähigen Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht ebenfalls vermieden, so dass ein solche Kontaktzone nicht gebildet wird und kein Kurzschluss entsteht.
Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, aufweisend ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und Rückseite erstreckenden Kanten, eine leitfähige Frontseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet ist, eine Frontseiten-Elektrode, die auf der Frontseite angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht elektrisch verbunden ist, eine hochdotierte Rückseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet ist, eine Tunnelschicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht angeordnet ist, eine leitfähige Rückseiten-Schicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht und der Tunnelschicht angeordnet ist, eine Rückseiten -Elektrode, die auf der Rückseite angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht elektrisch verbunden ist, einen Isolationsabschnitt, der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite und auf den der Oberfläche der Frontseite angrenzenden Kanten ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht, die Tunnelschicht und die leitfähige Rückseiten-Schicht in dem Isolationsabschnitt ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist.
Diese Solarzelle weist eine hochdotierte Rückseiten-Schicht zwischen dem Substrat und der Tunnelschicht auf. Der Isolationsabschnitt stellt sicher, dass die leitfähige Frontseiten-Schicht weder elektrischen Kontakt zu der hochdotierten Rückseiten-Schicht noch elektrischen Kontakt zu der leitfähigen Rückseiten-Schicht hat, um einen Kurzschluss zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Isolationsabschnitt eine Breite im Bereich von 1 nm bis 1 mm auf, wobei die Breite des Isolationsabschnitts einem Abstand zwischen der leitfähigen Frontseiten-Schicht und dem Rückseiten-Schichtpaket entspricht. Dieser Brei ten be reich hat sich als ausreichend erwiesen, um beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Solarzelle sicherzustellen, dass kein oder zumindest kein signifikanter Kurzschlussstrom fließt. Bei der angegebenen Breite ist nicht das genaue strukturelle Maß, sondern das funktionele Merkmal der elektrischen Isolierung maßgeblich. Bereits eine Breite im Nanometerbereich stellt die erforderliche elektrische Isolierung bereit. Die letztlich realisierte Breite des Isolationsabschnitts hängt insbesondere vom gewählten Herstellungsverfahren und von der Prozessführung während der Herstellung des Isolationsabschnittes ab.
Bevorzugt weist die Solarzelle weiterhin eine Frontseiten-Passivierschicht auf, die auf der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet ist. Die Frontseiten- Passivierschicht ist bevorzugt auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht angeordnet. Alternativ oder zusätzlich weist die Solarzelle weiterhin eine Rückseiten-Passivierschicht auf, die auf der Tunnelschicht und der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet ist. Die Rückseiten-Passivierschicht ist bevorzugt auf einer von der Tunnelschicht abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet. Bevorzugt ist die Frontseiten- und/oder Rückseiten-Passivierschicht eine dielektrische Schicht.
Das Substrat ist bevorzugt ein Silizium-Wafer, bevorzugter ein n-Typ c-Si- Wafer. Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist bevorzugt eine p-Emitterschicht, bevorzugter eine p+-Emitterschicht. Die leitfähige Frontseiten-Schicht ist bevorzugt akzeptordotiert, bevorzugter bordotiert. Die Tunnelschicht ist bevorzugt eine dünne Siliziumoxidschicht in Form von SiOx mit 0<x<=2. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die leitfähige Rückseiten-Schicht als eine n- Typ Emitterschicht, bevorzugt als n-Typ poly-Si-Schicht ausgebildet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist bevorzugt donordotiert, insbesondere phosphordotiert. Die hochdotierte Rückseiten-Schicht ist bevorzugt ein n- dotierter Bereich bevorzugter n+-dotierter Bereich, der als Schicht ausgebildet ist. Ohne an die folgende Hypothese gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die hochdotierte Rückseiten-Schicht während der Herstellung der leitfähigen Rückseiten-Schicht bei den Dotier- und Annealing- Schritten durch ein Eindiffundieren des Dotiermittels durch die Tunnelschicht hindurch in das Substrat entsteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte
Bereitstellen eines Solarzellen-Halbzeugs, wobei das Solarzellen- Halbzeug aufweist:
• ein Substrat mit einer Frontseite und einer Rückseite und mehreren sich zwischen der Frontseite und
Rückseite erstreckenden Kanten,
• eine leitfähige Frontseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Frontseite angeordnet ist,
• eine Frontseiten -Glasschicht, die auf der leitfähigen Frontseiten- Schicht angeordnet ist,
• eine hochdotierte Rückseiten-Schicht, die auf einer Oberfläche der Rückseite angeordnet ist und sich entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
• eine Tunnelschicht, die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht angeordnet ist und sich auch entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
• eine leitfähige Rückseiten-Schicht, die auf einer von der hochdotierten Rückseiten-Schicht abgewandten Seite der Tunnelschicht angeordnet ist und sich entlang der Kanten zur Frontseite erstreckt,
• eine Rückseiten-Glasschicht, die auf einer von der Tunnelschicht abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht angeordnet ist, und
Durchführen einer Kantenisolation, so dass ein Isolationsabschnitt auf einer Oberfläche der Frontseite angrenzend zu den Kanten gebildet wird, wobei in dem Isolationsabschnitt ein Rückseiten-Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht, die Tunnelschicht und die leitfähige Rückseiten-Schicht ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Rückseiten-Schichtpaket und der leitfähigen Frontseiten-Schicht strukturell verhindert ist. Die zur Solarzelle beschriebenen Vorteile und Modifikationen gelten für das Verfahren entsprechend und umgekehrt.
Die bereitgestellte Kantenisolation verhindert, dass signifikante Kurzschlussströme von der leitfähigen Frontseiten-Schicht in die hochdotierte Rückseiten-Schicht und in die leitfähige Rückseiten-Schicht fließen können. Durch die elektrische Trennung dieser Schichten werden daher solche Kurzschlussströme im Betrieb der Solarzelle hinreichend verhindert.
Die hochdotierte Rückseiten-Schicht wird bevorzugt während des Erzeugens der leitfähigen Rückseiten-Schicht, die mittels Aufbringen, Dotieren und Annealen der Rückseiten-Schicht erzeugt wird, mittels Eindiffundierens in das Substrat gebildet. Das Annealen wird bevorzugt bei einer Temperatur von 800 - 1100°C durchgeführt. Durch diese Prozessführung wird bei einem bereits mit der insbesondere durch Dotierung leitfähigen Frontseiten-Schicht versehenen Substrat die hochdotierte Rückseiten-Schicht auch an den Kanten gebildet, so dass ein Zwischenbereich entsteht, in dem die Dotierung der leitfähigen Frontseiten-Schicht und die Dotierung der hochdotierten Rückseiten-Schicht aufeinandertreffen und den Zwischenbereich bilden. Die Prozessführung ist zur Herstellung des Solarzellen-Halbzeugs bevorzugt derart ausgestaltet, dass dieser Zwischenbereich an der Frontseite angrenzend zu den Kanten gebildet wird, um die Kantenisolation an der Frontseite und ggf. an den Kanten derart auszuführen, dass der Isolationsabschnitt auf einer Oberfläche der Frontseite angrenzend zu den Kanten gebildet und in dem Zwischenbereich gebildet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kantenisolation das Durchführen eines frontseitigen sauren Ätzschritts und ein anschließendes Durchführen eines alkalischen Ätzschritts auf. Durch den frontseitigen sauren Ätzschritt wird insbesondere die sich dort befindende Rückseiten -Glasschicht entfernt, während sie auf der Rückseite erhalten bleibt. Der frontseitige saure Ätzschritt wird bevorzugt inline durchgeführt. Die vollständige Entfernung der Rückseiten-Glasschicht von der Frontseite ist sehr wichtig, da im anschließenden alkalischen Ätzschritt die leitfähige Rückseiten-Schicht, das Tunneloxid und die Teile der hochdotierten Rückseiten -Schicht auf der Frontseite und den Kanten entfernt wird. Hierbei ist von Bedeutung, dass ein reiner alkalischer Ätzschritt nicht ausreicht, um die Rückseiten-Glasschicht zu entfernen, da diese wie ein Ätzstopp im alkalischen Ätzprozess fungiert. Der alkalische Ätzschritt kann wahlweise als Einseiten- (Batch oder inline) oder Tauchprozess (Batch) durchgeführt werden. Bei dem fronseitigen sauren Ätzschritt bleibt die Frontseiten-Glasschicht zumindest teilweise erhalten. Dies ist über eine partielle Oxidätze bzw. Abdünnung der Frontseiten-Glasschicht realisierbar. Die Schichtdicken der Rückseiten-Glasschicht und der Frontseiten- Gasschicht sind entsprechend ausgebildet.
Bevorzugt weist der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF- haltigen Lösung auf. Dadurch wird die Rückseiten-Glasschicht auf der Frontseite effektiv entfernt. Bevorzugter weist der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF-haltigen Lösung, die 1 -10 Gew.-% HF enthält, bei 10-40°C und 10s bis 100s, auf. Durch diese Prozessführung wird sichergestellt, dass die Rückseiten-Glasschicht vollständig im der HF-haltigen Lösung ausgesetzten Bereich entfernt wird, ohne dass die Rückseiten- Glasschicht auf der Rückseite beschädigt wird, da diese noch als Schutz der Rückseite in dem alkalischen Ätzschritt benötigt wird. Zudem wird sicherstellt, dass die Dicke der Frontseiten-Glasschicht nicht zu stark reduziert wird, denn diese wird als Schutz der Frontseite in dem alkalischen Ätzschritt benötigt. Charakteristiken dieses sauren Ätzschritts sind, dass die freiliegende leitfähige Rückseiten-Schicht hydrophob ist, während die Rückseiten- und Frontseiten- Glasschichten hydrophil sind. Durch die lokalen Reste der Rückseiten- Glasschicht auf der Rückseite kann in dem anschließenden alkalischen Ätzschritt auf der Rückseite eine Wasserkappe erzeugt werden, die die leitfähige Rückseiten-Schicht auf der Rückseite vor Entfernung schützt, denn in diesem Schritt soll die leitfähige Rückseiten-Schicht das Tunneloxid und die Teile der hochdotierten Rückseiten-Schicht auf der Frontseite und den Kanten entfernt werden. Bevorzugt wird der alkalische Ätzschritt nasschemisch durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung auf. Bevorzugter weist der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, die 1 -20 Gew.-% KOH, bevorzugt 5 bis 20 Gew.-% KOH, enthält, bei 50-85 °C und 50-200s auf. Dadurch wird sichergestellt, dass die leitfähige Rückseiten-Schicht von der Frontseite und optional von den Kanten vollständig entfernt wird. Die Entfernung der leitfähigen Rückseiten-Schicht auf der Frontseite ist sichtbar beispielsweise unter Verwendung eines Mikroskops. Auch die Dicke der Frontseiten- Glasschicht kann durch den alkalischen Ätzschritt reduziert werden, was durch eine Farbveränderung wahrnehmbar ist.
Wenn der alkalische Ätzschritt so lange durchgeführt wird, dass die Tunnel- Schicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht im Isolationsabschnitt entfernt werden, wird eine Solarzelle bereitgestellt, deren Frontseite und Rückseite noch die Frontseiten-Glasschicht bzw. die Rückseiten-Glasschicht aufweist. Diese können durch saure Ätzung entfernen werden, bevorzugt nasschemisch durch Aussetzen der Front- und Rückseite zu einer HF-haltigen Lösung. Eine Charakteristik dieser Prozessführung besteht darin, dass die Waferoberflächen nach Entfernung der Glasschichten hydrophob sind. Neben dem Entfernen der Glasschichten können durch die saure Ätzung die Oberflächen von Rückständen gereinigt werden. Im Anschluss an die saure Ätzung können die Frontseite und Rückseite jeweils mit Passivierschichten und Elektroden versehen werden. Verfahren hierzu sind allgemein bekannt.
Wird der alkalische Ätzschritt nach Entfernung der leitfähigen Rückseiten- Schicht von der Frontseite und Kanten abgebrochen, so dass die Tunnelschicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht auf der Frontseite und den Kanten vollständig erhalten bleiben, ist die Möglichkeit des Kurzschlusses in der Nähe der Kante noch vorhanden. Bevorzugt weist die Kantenisolation in diesem Fall weiterhin im Anschluss an den alkalischen Ätzschritt ein Durchführen eines weiteren sauren Ätzschritts und daran anschließend ein Durchführen eines weiteren alkalischen Ätzschritts auf. Durch die Weiterbehandlung werden die Tunnelschicht und die hochdotierte Rückseiten-Schicht von der Frontseite auch an den Kanten entfernt, so dass ein Kontakt der leitfähigen Frontseiten-Schicht zu dem Rückseiten-Schichtpaket unterbrochen wird und damit der Kurzschluss entfernt ist. Durch den weiteren sauren Ätzschritt wird die Tunnelschicht entfernt, und durch den anschließenden weiteren alkalischen Ätzschritt wird die hochdotierte Rückseiten-Schicht entfernt. Im Anschluss werden bevorzugt die Frontseiten-Glasschicht und die sich noch auf der Rückseite befindende Rückseiten-Glasschicht durch die saure Ätzung entfernt, wie vorstehend bereits beschrieben. Im Anschluss an die saure Ätzung wird wiederum die Solarzelle bereitgestellt, deren Frontseite und Rückseite jeweils mit Passivierschichten und Elektroden versehen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der weitere saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite zu einer HF-haltigen-Lösung auf, und der weitere alkalische Ätzschritt weist ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugter ein Aussetzen der Frontseite und optional der Rückseite zu einer KOH-haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85 °C und 50-200s, auf. Diese Prozessparameter stellen eine vollständige Entfernung der Tunnelschicht bzw. der hochdotierten Rückseiten-Schicht sicher. Der weitere alkalische Ätzschritt kann wahlweise als Einseiten- (Batch oder inline) oder Tauchprozess (Batch) durchgeführt werden.
Die Kantenisolation weist bevorzugt in einer ersten Verfahrensvariante zwei Verfahrensschritte auf, nämlich die saure Ätzung und die anschließende alkalische Ätzung, wie vorstehend beschrieben. Alternativ bevorzugt weist die Kantenisolation in einer zweiten Verfahrensvariante vier Verfahrensschritte auf, nämlich die saure Ätzung, die anschließende alkalische Ätzung, eine anschließende weitere saure Ätzung und eine anschließende alkalische Ätzung, wie vorstehend beschrieben. Die erste Verfahrensvariante ist gegenüber der zweiten Verfahrensvariante bevorzugt. Die Kantenisolation kann derart ausgeführt werden, dass die Ätzungen lediglich die betreffenden Schichten, wie vorstehend beschrieben, in dem Zwischenbereich wegätzen oder alternativ die betreffenden Schichten zusätzlich an den Kanten wegätzen. Das Ergebnis hängt letztendlich von der Prozessführung ab.
Im Anschluss an die erste oder zweite Verfahrensvariante werden die Frontseiten-Glasschicht von der Frontseite und die Rückseiten -Glasschicht von der Rückseite bevorzugt einer beidseitigen sauren Ätzung unterzogen, in der die Frontseiten-Glasschicht und die rückseitigen Reste der Rückseiten- Glasschicht entfernt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die leitfähige Rückseiten-Schicht als eine n-Typ bevorzugter n+-Emitterschicht, bevorzugt als n-Typ poly-Si-Schicht, ausgebildet. Die leitfähige Rückseiten-Schicht ist bevorzugt mit Phosphor dotiert. Die Rückseiten-Glasschicht ist bevorzugt eine Phosphorsilikat- Glasschicht oder eine Siliziumoxid-Schicht in Form von SiOx mit 0<x<=2.
Bevorzugt ist die leitfähige Frontseiten-Schicht als eine p-Typ, bevorzugter als p+- Emitterschicht ausgebildet. Bevorzugt ist die leitfähige Frontseiten-Schicht bordotiert. Die Frontseiten-Glasschicht ist bevorzugt eine Borsilikat-Glasschicht oder eine Siliziumoxid-Schicht in Form von SiOx mit 0<x<=2.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen jeweils schematisch und nicht maßstabsgerecht:
Fig. 1 ,2 jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß Stand der Technik; und
Fig. 3 bis 6 jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung. In allen Figuren ist jeweils eine Teil-Querschnittsansicht der Solarzelle bzw. eines Solarzellen-Halbzeugs gezeigt.
Fig. 1,2 zeigen jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß EP 3 026 713 A1 als Stand der Technik. Fig. 1 zeigt eine Bereitstellung eines Solarzellen-Halbzeugs, das ein Substrat 1 mit einer Frontseite 11 und einer Rückseite 12 und mehreren sich zwischen der Frontseite 11 und Rückseite 12 erstreckenden Kanten 13 aufweist, von denen eine gezeigt ist. Ferner ist eine leitfähige Frontseiten-Schicht 2 auf einer Oberfläche der Frontseite 11 angeordnet. Eine Frontseiten-Glasschicht 3 ist weiterhin auf einer von dem Substrat 1 abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht 2 angeordnet ist. Auf der Rückseite 12 ist eine Tunnelschicht 4 auf dem Substrat angeordnet und erstreckt sich auch entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11 . Ferner ist eine leitfähige Rückseiten-Schicht 5 auf einer von dem Substrat 1 abgewandten Seite der Tunnelschicht 4 angeordnet ist und erstreckt sich entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11. Weiterhin ist eine Rückseiten -Glasschicht 6, die auf einer von der Tunnelschicht 4 abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht 5 angeordnet und erstreckt sich entlang der Kanten 13 zur Frontseite 11 .
Die Tunnelschicht 4, die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 und die Rückseiten- Glasschicht 6 greifen auf die Frontseite 11 um, d.h. sie sind in einem Randbereich von ihr angeordnet. Ein Bereich, in dem die leitfähige Frontseiten- Schicht 2, die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 aufeinandertreffen ist durch einen Kreis hervorgehoben. Das in Fig. 1 gezeigte Solarzellen-Halbsubstrat wird einem Entfernungsprozess unterzogen, so dass das in Fig. 2 gezeigte Solarzellen-Halbzeug erhalten wird. Das in Fig. 2 gezeigte Solarzellen-Halbzeug entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass es einen Isolationsabschnitt 16 in dem durch den Kreis hervorgehobenen Bereich aufweist und dass die Rückseitenglas-Schicht 6 entfernt ist. In dem Isolationsabschnitt sind die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt. Der Entfernungsprozess führte also dazu, dass die Rückseiten -Glasschicht 6 und in dem Isolationsabschnitt 16 die Tunnelschicht 4 und die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt wurden. Fig. 3 bis 6 zeigen jeweils einen Verfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 3 wird ein Solarzellen-Halbzeug bereitgestellt. Das in Fig. 3 gezeigte Solarzellen-Halbzeug entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass auf der Rückseite 12 zwischen dem Substrat 1 und der Tunnelschicht 4 eine hochdotierte Rückseiten-Schicht 7 angeordnet ist. Das in Fig. 3 gezeigte Solarzellen-Halbzeug wird einem einseitigen frontseitigen sauren Ätzschritt und einem einseitigen alkalischen Ätzschritt unterzogen. Das dem Ätzschritt unterzogene Solarzellen-Halbzeug ist in Fig. 4 gezeigt. Es entspricht dem in Fig. 3 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass die Rückseiten-Glasschicht 6 im Bereich der Frontseite 11 und im Bereich der Kanten 13 mittels des sauren Ätzschritts entfernt ist, so dass sie nur auf der Rückseite 12 verbleibt, mit dem Unterschied, dass ein Isolationsabschnitt 16 durch den alkalischen Ätzschritt gebildet wird. In dem Isolationsabschnitt 16 ist die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 entfernt, so dass ein Zwischenbereich 17 freiliegt, in dem die leitfähige Frontseiten-Schicht 2 mit der Tunnelschicht 4 und der hochdotierte Rückseiten-Schicht 7 aufeinandertrifft. Das in Fig. 4 gezeigte Solarzellen-Halbzeug wird entweder weiterhin dem vorstehenden alkalischen Ätzschritt unterzogen oder alternativ einem weiteren einseitigen frontseitigen sauren Ätzschritt und einem weiteren alkalischen Ätzschritt unterzogen.
In einer ersten Verfahrensvariante wird ausgehend von dem in Fig. 3 gezeigten Solarzellen-Halbzeug zuerst eine saure Ätzung, in der die Rückseiten- Glasschicht 6 an der Frontseite 11 und den Kanten 13 weggeätzt wird, und dann eine alkalische Ätzung ausgeführt, in der die leitfähige Rückseitenschicht 5, die Tunnelschicht 4 und hochdotierte Rückseitenschicht 7 in dem Zwischenbereich 17 weggeätzt werden und so der Isolationsabschnitt 16 gebildet wird. Auf diese Weise wird erhält man nach einer Anwendung der sauren und anschließenden der alkalischen Ätzung auf das in Fig. 3 gezeigte Solarzellen-Halbzeug direkt das in Fig. 5 gezeigte Solarzellen-Halbzeug. Wird der alkalische Ätzschritt hingegen abgebrochen, bevor die Tunnelschicht 4 und die hochdotierte Rückseitenschicht 7 weggeätzt sind, wird das in Fig. 4 gezeigte Solarzellen-Halbzeug nach der sauren und anschließenden alkalischen Ätzung erhalten. Dieses Solarzellen-Halbzeug wird dann in einer zweiten Verfahrensvariante einer weiteren sauren Ätzung, in der die Tunnelschicht 4 entfernt, und einer weiteren alkalischen Ätzung unterzogen, in der die hochdotierte Rückseitenschicht 7 entfernt wird, so dass erst ausgehend von dem in Fig. 4 gezeigten Solarzellen-Halbzeug nach den weiteren sauren und alkalischen Ätzungen das in Fig. 5 gezeigte Solarzellen-Halbzeug erhalten wird.
Zusammengefasst kann ausgehend von dem in Fig. 3 gezeigten Solarzellen- Halbzeug in der ersten Verfahrensvariante das in Fig. 5 gezeigte Solarzellen- Halbzeug durch zwei Verfahrensschritte, nämlich die saure Ätzung und die anschließende alkalische Ätzung, und in der zweiten Verfahrensvariante durch vier Verfahrensschritte, die saure Ätzung und die anschließende alkalische Ätzung, darauf folgend eine weitere saure Ätzung und eine abschließende alkalische Ätzung, erhalten werden.
Nach der Durchführung einer der beiden vorstehenden Verfahrensvarianten wird ein Solarzellen-Halbzeug erhalten, das in Fig. 5 gezeigt ist. Es entspricht dem in Fig. 4 gezeigten Solarzellen-Halbzeug mit dem Unterschied, dass der Isolationsabschnitt 16 frei von der Tunnelschicht 4 und der hochdotierten Rückseiten-Schicht 7 ist. Die Tunnelschicht 4, die hochdotierte Rückseiten- Schicht 7 und auch der Zwischenbereich 17 sind in dem Isolationsabschnitt 16 entfernt. Nun wird das in Fig. 5 gezeigte Solarzellen-Halbzeug einer beidseitigen sauren Ätzung unterzogen, in der die Frontseiten-Glasschicht 3 und die rückseitigen Reste der Rückseiten -Glasschicht 6 entfernt werden, so dass die Frontseite 11 mit einer Frontseiten-Passivierschicht 9 und einer Frontseiten-Elektrode 14 versehen werden kann, die mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht 2 elektrisch kontaktiert ist. Auch die Rückseite 12 kann weiterhin mit einer auf die leitfähige Rückseiten-Schicht 5 aufgebrachte Rückseiten-Passivierschicht 8 und einer Rückseiten-Elektrode 15 versehen werden, die mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht 5 elektrisch verbunden werden. Eine solche mit den vorstehenden Passivierschichten 8,9 und Elektroden 14, 15 versehene Solarzelle ist in Fig. 6 gezeigt.
Die in den in den Fig. 3, 4, 5 und gezeigten Solarzellen-Halbzeuge und die in Fig. 6 gezeigte Solarzelle sind jeweils dargestellt, so dass an den Kanten 13 die leitfähige Rückseitenschicht 5, die Tunnelschicht 4 bzw. die hochdotierte Rückseitenschicht 7 vorhanden sind. All diese Schichten können jedoch auch entlang größerer Abschnitte oder der gesamten Kanten 13 während der Kantenisolation mittels der durchgeführten Ätzungen in Abhängigkeit von der Prozessführung entfernt werden.
Bezugszeichenliste:
1 Substrat
2 leitfähige Frontseiten-Schicht
3 Frontseiten-Glasschicht
4 Tunnelschicht
5 leitfähige Rückseiten -Schicht
6 Rückseiten-Glasschicht
7 hochdotierte Rückseiten -Schicht
8 Rückseiten-Passivierschicht
9 Frontseiten-Passivierschicht
11 Frontseite
12 Rückseite
13 Kante
14 Frontsei ten -Elektrode
15 Rücksei ten -Elektrode
16 Isolationsabschnitt
17 Zwischenbereich

Claims

Patentansprüche:
1 . Solarzelle, aufweisend ein Substrat (1 ) mit einer Frontseite (11 ) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11 ) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13), eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11 ) angeordnet ist, eine Frontseiten -Elektrode (14), die auf der Frontseite (11 ) angeordnet ist und mit der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) elektrisch verbunden ist, eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist, eine Tunnelschicht (4), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist, eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der Tunnelschicht (4) angeordnet ist, eine Rückseiten -Elektrode (15), die auf der Rückseite (12) angeordnet ist und mit der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) elektrisch verbunden ist, einen Isolationsabschnitt (16), der angrenzend zur Oberfläche der Frontseite (11 ) und auf den der Oberfläche der Frontseite (11 ) angrenzenden Kanten (13) ausgebildet ist, wobei ein Rückseiten- Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) in dem Isolationsabschnitt (16) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert ist.
2. Solarzelle gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationsabschnitt (16) eine Breite im Bereich von 1nm bis 1mm aufweist, wobei die Breite des Isolationsabschnitts (16) einem Abstand zwischen der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) und dem Rückseiten-Schichtpaket entspricht.
3. Solarzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin aufweist: eine Frontseiten-Passivierschicht (9), die auf einer von dem Substrat (1 ) abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) angeordnet ist und/oder eine Rückseiten-Passivierschicht (8), die auf einer von der Tunnelschicht (4) abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten-Schicht (5) angeordnet ist.
4. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, aufweisend folgende Schritte
Bereitstellen eines Solarzellen-Halbzeugs, wobei das Solarzellen- Halbzeug aufweist:
• ein Substrat (1 ) mit einer Frontseite (11 ) und einer Rückseite (12) und mehreren sich zwischen der Frontseite (11 ) und Rückseite (12) erstreckenden Kanten (13),
• eine leitfähige Frontseiten-Schicht (2), die auf einer Oberfläche der Frontseite (11 ) angeordnet ist,
• eine Frontseiten-Glasschicht (3), die auf einer von dem Substrat (1 ) abgewandten Seite der leitfähigen Frontseiten- Schicht (2) angeordnet ist,
• eine hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die auf einer Oberfläche der Rückseite (12) angeordnet ist und sich entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11 ) erstreckt,
• eine Tunnelschicht (4), die auf einer von dem Substrat abgewandten Seite der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) angeordnet ist und sich auch entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11 ) erstreckt,
• eine leitfähige Rückseiten-Schicht (5), die auf einer von der hochdotierten Rückseiten-Schicht (7) abgewandten Seite der Tunnelschicht (4) angeordnet ist und sich entlang der Kanten (13) zur Frontseite (11 ) erstreckt,
• eine Rückseiten-Glasschicht (6), die auf einer von der Tunnelschicht (4) abgewandten Seite der leitfähigen Rückseiten- Schicht (5) angeordnet ist, und - 18 -
Durchführen einer Kantenisolation, so dass ein Isolationsabschnitt (16) auf einer Oberfläche der Frontseite (11 ) angrenzend zu den Kanten (13) gebildet wird, wobei in dem Isolationsabschnitt (16) ein Rückseiten- Schichtpaket aufweisend die hochdotierte Rückseiten-Schicht (7), die Tunnelschicht (4) und die leitfähige Rückseiten-Schicht (5) ausgespart sind, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Rückseiten- Schichtpaket und der leitfähigen Frontseiten-Schicht (2) strukturell verhindert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenisolation das Durchführen eines frontseitigen sauren Ätzschritts und ein anschließendes Durchführen eines alkalischen Ätzschritts aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) zu einer HF-haltigen Lösung, bevorzugt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) zu einer HF-haltigen Lösung, die 1 -10 Gew.-% HF enthält, bei 10-40°C und 10s bis 100s, aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85 °C und 50-200s, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kantenisolation weiterhin im Anschluss an den alkalischen Ätzschritt ein Durchführen eines weiteren sauren Ätzschritts und daran anschließend ein Durchführen eines weiteren alkalischen Ätzschritts aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere saure Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) zu einer HF/HCl-Lösung aufweist und der weitere alkalische Ätzschritt ein Aussetzen der Frontseite (11 ) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH-haltigen Lösung, bevorzugt ein - 19 -
Aussetzen der Frontseite (11 ) und optional der Rückseite (12) zu einer KOH- haltigen Lösung, die 5-20 Gew.-% KOH enthält, bei 50-85 °C und 50-200s, auf weist.
10. Solarzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Rückseiten- Schicht (5) als eine n-Typ Emitterschicht, bevorzugt n-Typ poly-Si-Schicht, ausgebildet ist und die leitfähige Frontseiten-Schicht (2) als eine p-Typ Emitterschicht ausgebildet ist.
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