WO2023274784A1 - Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten Download PDF

Info

Publication number
WO2023274784A1
WO2023274784A1 PCT/EP2022/066847 EP2022066847W WO2023274784A1 WO 2023274784 A1 WO2023274784 A1 WO 2023274784A1 EP 2022066847 W EP2022066847 W EP 2022066847W WO 2023274784 A1 WO2023274784 A1 WO 2023274784A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
oxide layer
silicon oxide
silicon
layer
coating
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/066847
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin MANDLMEIER
Philipp NOACK
Bianca WATTENBERG
Mirza CORDA
Peter Wohlfahrt
Simon HÜBNER
Original Assignee
Singulus Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Singulus Technologies Ag filed Critical Singulus Technologies Ag
Priority to CN202280045346.6A priority Critical patent/CN117693825A/zh
Priority to EP22733986.8A priority patent/EP4292133A1/de
Publication of WO2023274784A1 publication Critical patent/WO2023274784A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—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
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—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
    • 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
    • H01L31/072—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
    • H01L31/0745—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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a starting material for a silicon solar cell with passivated contacts, to a system for carrying out this method and to an intermediate product produced in the method.
  • the wet-chemical process is particularly advantageous because with this process the substrate surface can be chemically passivated in one and the same system immediately after cleaning and surface structuring without contamination. This avoids reloading into a tube furnace and the associated possible contamination of the bare silicon surface.
  • the wet-chemically produced layers with a thickness of typically 1.4 nm to 1.8 nm are often not sufficiently stable to withstand subsequent high-temperature thermal processes of long duration.
  • the silicon oxide tunnel layers produced by wet-chemical methods lose some of their electronic properties that are useful in the manufacture of solar cells, such as passivation and a barrier against the diffusion of foreign substances (see, for example, R. van der Vossen, Energy Procedure, 124 (2017), 448-454).
  • the waiting times between the production and the tunnel oxide and the subsequent process step i.e. the application of the polycrystalline silicon layer, and the prevailing environmental conditions such as temperature, humidity and purity of the ambient air - it can lead to a undesired change in the properties of the tunnel oxide layer.
  • Their surface can be contaminated e.g. by dust or aerosols.
  • its thickness can increase due to uncontrolled further oxidation. The function of the passivated contact can therefore be impaired either because of unwanted contamination defects or because of unwanted changes in the structure or thickness of the tunnel oxide layer.
  • Claim 26 relates to a correspondingly improved intermediate product in the production of a starting material for a silicon solar cell with passivated contacts.
  • the present invention relates to a method for producing a starting material for a silicon solar cell with passivated contacts, in which initially a silicon wafer with a first side and a second side is provided, the silicon wafer having a first silicon oxide layer on at least the first side.
  • This first silicon oxide layer on the first side of the silicon wafer is then, optionally after an additional in-situ intermediate plasma treatment, coated with a second silicon oxide layer by means of physical or chemical vapor deposition.
  • a coating by means of cathode atomization (sputtering) or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD) is particularly preferred.
  • the second silicon oxide layer is then coated with at least one third layer, which has amorphous silicon and/or polycrystalline silicon and/or nanocrystalline silicon.
  • Both the optional intermediate treatment and the deposition of the second silicon oxide layer and the third layer are preferably carried out in a single continuous system, preferably using the dynamic inline method, which will be explained in detail further below.
  • the silicon oxide layer present on the first side of the silicon wafer can be achieved by oxidizing at least the first side of a silicon wafer by thermal and/or wet-chemical oxidation and/or by a plasma process. Alternatively, it can also be a native silicon oxide layer, which has arisen, for example, during storage of the silicon wafer in air.
  • the thermal stability of the silicon oxide layer is to be increased according to the invention, for example by applying a second silicon oxide layer again by means of physical or chemical vapor deposition after the wet-chemical oxidation in order to increase the total thickness of the silicon oxide (consisting of the first and second silicon oxide layer).
  • This not only increases the thermal stability of the silicon oxide layer formed in this way. Rather, by precisely setting the density and the thickness of the second silicon oxide layer, the barrier effect of the overall silicon oxide layer can be adapted in a targeted manner to prevent dopants from penetrating into the silicon wafer from adjacent layers.
  • the second silicon oxide layer can be doped with impurities from the third and/or fifth main group in order, optionally supported by a subsequent thermal process, to adjust the dopant concentration in the amorphous silicon layer and/or in the layer of the silicon substrate adjacent to the tunnel oxide layer.
  • the first silicon oxide layer can be treated with a plasma process before the second silicon oxide layer is applied. This additional plasma treatment is used, for example in the case of undesired contamination or surface changes in the first oxide layer, to clean and/or activate the surface of the first silicon layer and thus reduce imperfections that would cause charge carrier recombination and thus a reduction in solar cell efficiency.
  • Such a cleaning can, alternatively or additionally, also be carried out before the deposition of the second layer (i.e. before the deposition of the undoped silicon oxide) by heating the substrates.
  • the substrates can be heated to at least 100° C., preferably to over 150° C., in a vacuum under a defined atmosphere before coating.
  • the substrates can then be kept at this temperature or further increased during the coating with the second silicon oxide layer.
  • the increased substrate temperature can also bring about a significant improvement in the quality of the layer.
  • the heating can take place using means known to those skilled in the art, for example by means of resistance heaters or IR radiation.
  • the defined atmosphere preferably includes a reduced pressure compared to atmospheric pressure of less than 1 mbar, preferably less than 0.01 mbar.
  • the defined atmosphere can contain air, inert or oxidizing gases, and mixtures of these.
  • the cleaning effect of the heating step for example by evaporating volatile substances such as water, can be further intensified by providing a chemically dry-etching fluorine-containing gas mixture.
  • the intermediate plasma treatment can also be used to reduce the thickness of the first oxide layer and/or to activate the surface.
  • the intermediate plasma process can be designed to be gentler or more abrasive.
  • the process gas, the process pressure and the plasma density the effect of the process can be adapted to the requirements, from light surface activation to reactive ion etching.
  • the combination of the first oxide layer, the optional intermediate plasma treatment and the application of the second oxide layer in combination with the application of the doped silicon layer (third layer) allows the properties of the passivated contact to be adjusted in a targeted manner.
  • the first silicon oxide layer preferably has a thickness of 0.5 nm to 3 nm, more preferably 1.0 nm to 2.5 nm and particularly preferably 1.0 nm to 2.0 nm.
  • the second silicon oxide layer preferably has a thickness of 0.1 nm to 5 nm and more preferably 0.5 nm to 2 nm.
  • the thickness of the first silicon oxide layer can be adjusted, in particular by a suitable choice of concentration and exposure time of the oxidizing medium: the higher the concentration of the oxidizing medium and its exposure time, the thicker and denser the Si0 2 becomes -Layer.
  • the thickness and density of the layer can also be improved by increasing the temperature, although with some processes the temperature is only suitable for setting to a limited extent, since, for example, when using ozone as the oxidizing medium, the temperature can only be increased to a limited extent (max. to 50 °C), because otherwise the ozone concentration will be too low.
  • the first silicon oxide layer is particularly preferably formed on at least the first side of the silicon wafer by wet-chemical oxidation at a temperature of at least 40° C. and/or an ozone concentration of at least 30 ppm.
  • the thickness of the second silicon oxide layer can be adjusted in a targeted manner by the rate and the duration of the gas phase deposition.
  • their thickness can be determined, for example, by means of ellipsometry, and the process parameters of the gas phase deposition can then be adjusted accordingly.
  • the setting of the desired thickness can be determined, for example, by scaling the rate and/or duration of the vapor deposition according to the ratio of the enlarged textured surface to the plane-parallel surface.
  • the thickness of the silicon oxide layer should always be defined perpendicularly to the local surface normal, so that, for example, in the case of a pyramid texture, the thickness of the silicon oxide layer corresponds to the layer thickness measured perpendicularly to the side face of the pyramid. If the layer thickness varies, as is the case with such Pyramid textures is regularly the case, the layer thickness according to the invention should relate to the thickness averaged over the entire surface.
  • the silicon wafer with the first silicon oxide layer is preferably rinsed and dried before the optional intermediate plasma treatment and the coating with the second silicon oxide layer (that is to say optionally after a wet-chemical oxidation, for example).
  • the wafer surface can continue to react in an uncontrolled manner with atmospheric oxygen, which can have a negative effect on the stability, density and/or stoichiometry of the silicon oxide. Therefore, as direct or immediate further processing as possible through the optional intermediate plasma treatment and/or coating of the first silicon oxide layer with the second silicon oxide layer is desirable. Therefore, it is preferred that the coating of the first silicon oxide layer with the second silicon oxide layer or (in the case of the optional intermediate plasma treatment) the treatment with plasma within 48 h, preferably within 24 h, particularly preferably within 12 h after completion of the coating of the first silicon oxide layer takes place with the second silicon oxide layer.
  • the second silicon oxide layer is also preferably coated with at least the third layer by means of physical or chemical vapor deposition and particularly preferably by means of cathode sputtering or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD).
  • PE-CVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the third layer preferably has a dopant, which is preferably an element from the third or fifth main group.
  • the tunnel oxide layer according to the invention can also be provided on both sides of the silicon wafer.
  • the provided silicon wafer can have a first silicon oxide layer on the first side and on the second side.
  • These two first silicon oxide layers can in turn be native oxide layers, for example.
  • the second side of the silicon wafer simultaneously with the oxidation of at least the first side, the second side of the silicon wafer by thermal and / or wet-chemical oxidation and / or by a plasma process to achieve a first silicon oxide layer on the second side to be oxidized.
  • the latter is particularly advantageous since the entire surface of the silicon wafer is usually oxidized in the case of thermal or wet-chemical oxidation (for example by immersion in a batch and/or in-line process).
  • first silicon oxide layer on the second side can also be optionally treated with an intermediate plasma process and coated with a second silicon oxide layer.
  • Physical or chemical vapor deposition is also preferably used for this, and particularly preferably cathode sputtering or PE-CVD.
  • first silicon oxide layer on the second side or the second silicon oxide layer on the second side can also be coated with at least one doped silicon layer, which preferably has an element from the third or fifth main group.
  • the doping of this doped silicon layer is preferably opposite to the third layer on the first side of the silicon wafer.
  • This doped silicon layer is also preferably applied (possibly together with the dopants) by means of physical or chemical vapor deposition and particularly preferably by means of cathode sputtering or PE-CVD.
  • Both the optional intermediate treatment and the deposition of the second silicon oxide layer and the third layer on the second side of the silicon wafer are preferably carried out in a single continuous system, preferably using the dynamic inline method. Both sides of the silicon wafer are particularly preferably treated in a single continuous system, preferably using the dynamic inline method.
  • the method further includes annealing the coated silicon wafer at a temperature of at least 700°C.
  • This tempering preferably causes a doped silicon layer to be formed in the silicon wafer on the first side below the first silicon oxide layer and/or a doped silicon layer to be formed in the silicon wafer on the second side below the first silicon oxide layer.
  • the degree of doping of the formed doped silicon layer(s) preferably depends on the thickness and/or the density of the second silicon oxide layer on the first or second side.
  • the tempering of the coated silicon wafer preferably takes place in combination with the plasma treatment and the coating in a system that can consist of several sections.
  • the present invention also relates to a system for carrying out the method described above.
  • this system has a tank for wet-chemical oxidation of a silicon wafer and a cathode sputtering unit or a PE-CVD unit for coating with a silicon oxide layer.
  • an optional plasma treatment unit and a further cathode sputtering unit or PE-CVD unit for coating with amorphous silicon and/or polycrystalline silicon and/or nanocrystalline silicon are provided.
  • the present invention is also directed to an intermediate product in the production of a starting material for a silicon solar cell with passivated contacts.
  • the intermediate product includes a silicon wafer having a first side and a second side, a first silicon oxide layer on at least the first side, and a second silicon oxide layer directly on the first silicon oxide layer. Furthermore, a third layer is present directly on the second silicon oxide layer, which has amorphous silicon and/or polycrystalline silicon and/or nanocrystalline silicon.
  • the first silicon oxide layer preferably has a thickness of 0.5 nm to 3 nm, more preferably 1.0 nm to 2.5 nm and particularly preferably 1.0 nm to 2.0 nm 0.1 nm to 5 nm and more preferably a thickness of 0.5 nm to 2 nm.
  • the thicknesses of the first and second silicon oxide layers can be determined (by comparison with a calibration layer) by means of ellipsometry.
  • the second silicon oxide layer preferably has a density of from 2.10 g/cm 3 to 2.65 g/cm 3 , more preferably from 2.20 g/cm 3 to 2.40 g/cm 3 .
  • the third layer preferably has a dopant, which is preferably an element from the third or fifth main group.
  • the density and the thickness of the second silicon oxide layer are preferably set such that the second silicon oxide layer at a temperature of 1100° C. for the dopant of the third layer Diffusion coefficient of greater than 1 x 10 18 cm 2 / s, preferably greater than 5 x 10 17 cm 2 / s.
  • the diffusion coefficient is smaller, the denser and the thicker the second silicon oxide layer is. Therefore, the diffusion coefficient can be specifically adjusted via the corresponding coating process.
  • the silicon wafer can each have a first silicon oxide layer on the first side and on the second side.
  • a second silicon oxide layer can also be provided on the first silicon oxide layer on the second side of the silicon wafer.
  • a doped silicon layer can also be provided on the second side, which preferably has an element from the third or fifth main group, the doping preferably being opposite to the doping of the third layer on the first side of the silicon wafer.
  • the combination of two oxide layers according to the invention allows the resulting overall tunnel oxide layer to be optimally adapted to the requirements of a solar cell with passivated contacts.
  • the layer remains so thin even after the oxide produced wet-chemically, for example, has been reinforced with the second oxide layer that it can act as a tunnel oxide or as a thin charge carrier transport layer.
  • the oxide produced wet-chemically for example, is stabilized by the second oxide layer in such a way that the passivation properties of the entire layer are retained by a subsequent thermal treatment.
  • the diffusion properties of the resulting tunnel oxide for a dopant e.g.
  • phosphorus or boron can be adjusted in such a way that the dopant in the subsequent thermal processes in a precisely adjustable concentration in the layers underneath the oxide layer Silicon crystal can be driven.
  • the latter is possible, for example, in the case of a coating by means of sputtering by varying the process pressure, the voltage and the substrate temperature.
  • the thickness and surface quality of the first silicon oxide layer can also be further optimized with an optional, intermediate plasma treatment step so that the overall oxide layer can be optimally tuned in its function as a tunnel oxide for passivated contacts after the second silicon oxide layer has been deposited.
  • this optional plasma treatment can either clean and activate the surface or additionally reduce its thickness by more aggressive etching back.
  • One advantage of this process sequence is that the surface of the silicon wafer, which was cleaned before the first oxide layer was deposited, is protected by the first oxide layer applied wet-chemically, for example, immediately after cleaning, and the good surface properties of the wafer are retained. Due to the invention, this protective function of the oxide layer acts independently of its desired function as a tunnel barrier.
  • the invention allows the first, protective oxide layer to be converted into a tunnel oxide layer optimally adapted for the overall system both with the aid of the optional intermediate plasma treatment and by applying the second oxide layer by means of PVD or PE-CVD.
  • PVD physical vapor deposition
  • sputtering to increase the thickness of the silicon oxide layer is particularly cost-effective.
  • PVD coating of the wafer with amorphous silicon can take place immediately before the PVD coating of the wafer with amorphous silicon, as is necessary for cell architectures that use passivated contacts.
  • a single system can thus be used both to increase the thermal load capacity of the tunnel oxide layer and to coat it with amorphous silicon.
  • the sputtering process is ideal for the targeted deposition of thin, homogeneous multi-layer systems.
  • the combined properties of the layer stack can be adjusted by precisely adjusted individual layers (silicon, barrier and dopant layers). Sputtering is easy to control and works on one side, which is an advantage when producing passivated contacts.
  • the oxides and the silicon layers can also be applied using PE-CVD.
  • PE-CVD plasma-based vacuum thin-film deposition processes, which are characterized by low contamination and, in the inline process, also by high layer uniformity and high throughput.
  • both coating processes can be well controlled or regulated and combined with other plasma processes such as plasma etching, plasma oxidation, plasma cleaning or plasma activation, as well as with upstream or downstream annealing processes.
  • wet-chemical oxidation is advantageous in that a wet-chemical system is required for cleaning and texturing the silicon substrates at the beginning of their production process of crystalline silicon substrate cells.
  • cleaning, texturing and formation of a silicon oxide layer can be combined in a single wet-chemical system.
  • the wet-chemically generated tunnel oxide protects the freshly cleaned cell surface from unwanted contamination.
  • FIG. 1 shows a block diagram for process steps of the process according to the invention and the corresponding intermediate products
  • Fig. 2 is a schematic illustration of an oxidation step using a protective layer
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of different embodiments for applying the silicon oxide layers.
  • FIG. 1 shows method steps of the method according to the invention in a schematic block diagram.
  • the intermediate product obtained after the respective process step can be seen on the right-hand side of FIG.
  • an optional wet-chemical pretreatment 10 of a silicon wafer first takes place, which includes, for example, wet-chemical cleaning and/or wet-chemical texturing, for example based on an alkaline or acidic etching process. Material is removed from the substrate during this pre-treatment.
  • the result of such a wet-chemical cleaning is a silicon wafer 1 with a freshly cleaned and optionally textured cell surface.
  • a thermal and/or wet-chemical oxidation 20 of the silicon wafer 1 is carried out, whereby the first silicon oxide layer 2 is applied to one or both sides of the wafer, which protects the cleaned surface and, at least on the first wafer surface , which forms the basis of the subsequent tunnel oxide.
  • the silicon wafer 1 is immersed for a few minutes in an acidic or alkaline bath which contains an oxidizing agent such as ozone, hydrogen peroxide or nitric acid. Then, as is indicated in FIG. 1 (right side), the entire surface of the silicon wafer 1 is provided with the first silicon oxide layer 2 .
  • the silicon wafers are thermally oxidized at a temperature of around 600 °C in an oxygen-containing atmosphere for around 10 minutes. Due to the wet-chemical or thermal oxidation, oxygen diffuses into the substrate surface and oxidizes the top layer of the silicon wafer.
  • the thickness of the pretreated silicon wafer d1 (cf. FIG. 3) does not change as a result of this oxidation.
  • Pre-treated solar wafers have a thickness of approx. 120 to 170 ⁇ m; thinner wafers will also be used in the future.
  • the thickness of the tunnel oxide is only about 1 to 2 nm, so the wafer thickness is irrelevant for the deposition of the tunnel oxide.
  • the first silicon oxide layer 2 can also be produced directly on the pretreated silicon substrate 1 by a purely oxidative, non-precipitating plasma process in which the uppermost part of the silicon substrate is also oxidized in the presence of oxygen radicals or ions.
  • the first silicon layer 2 is converted at least on one side into a modified first silicon layer 2' with the aid of a plasma treatment, which differs from the original first silicon layer 2 in terms of thickness, surface quality and/or degree of purity.
  • This step allows the first silicon layer 2, 2' to be adapted for use as a partial layer of the later entire tunnel oxide, while retaining its protective effect on the previously cleaned surface of the substrate 1, in terms of purity, freedom from defects and total layer thickness.
  • the first silicon oxide layer 2, 2' on the first side (here: the underside) of the silicon wafer 1 is provided with a second silicon oxide layer 3 by means of physical or chemical vapor deposition, preferably by means of Cathode sputtering or PE-CVD coated.
  • the resulting tunnel oxide layer is composed of the sum of layers 2 or 2' and 3.
  • this second silicon oxide layer 3 is coated with at least one third layer 4, which has amorphous silicon, for example.
  • This coating also takes place by means of physical or chemical vapor deposition and preferably by means of cathode sputtering or PE-CVD.
  • steps 50, 30 and 40 can also be carried out on the opposite second side (i.e. here: the upper side) of the silicon wafer 1 or on both sides of the wafer.
  • the intermediate product shown at the bottom right in FIG. 1 can then be tempered at a temperature of at least 700.degree.
  • step 20 rinsing and drying can also take place (not shown).
  • the silicon wafer may be provided with a silicon oxide layer on only one side. This is possible wet-chemically with a treatment device in the batch process and in the inline process. The cleaning can advantageously also be carried out in the same treatment devices.
  • the wet-chemically pretreated silicon wafer 1 is provided with a protective layer 5 between steps 10 and 20 shown in FIG.
  • a protective layer 5 between steps 10 and 20 shown in FIG.
  • This can, for example, cover one side (here: the upper side) of the silicon wafer 1 and optionally the side edges, as can be seen in FIG. 2, and can consist of silicon nitride, silicon oxide or a polymer, for example.
  • step 20 only the free surface (here: the underside) of the silicon wafer 1 can then be oxidized. Subsequently (e.g.
  • the protective layer 5 can be removed again, for example by an additional wet-chemical step (cf. Fig. 2 below).
  • a protective layer 5 can have borosilicate glass, for example, which was generated, for example, in a boron diffusion process and can be removed with an etching process based on hydrofluoric acid.
  • one-sided oxidation can be achieved when using an inline continuous system with a suitable arrangement of the plasma source and substrate holder, making the use of a protective layer unnecessary.
  • a coating PVD or PE-CVD method can also be used to form the first silicon oxide layer 2 on the pretreated wafer 1, which can also be applied to one side in a suitable continuous system (cf. Fig. 3, third figure from top: 2").
  • a suitable continuous system cf. Fig. 3, third figure from top: 2"
  • first the second oxide layer and then the third, silicon-containing layer, or the third layer can be deposited directly on a first oxide layer applied to the wafer in this way, preferably in the same system.
  • FIG. 3 shows the different embodiments for forming the tunnel oxide and the thicknesses of the substrate and the different layers.
  • the top figure shows the first silicon oxide layer 2 of thickness d2 produced in step 20, here for example only on one side of the pretreated silicon wafer 1 of thickness dl, for example by a thermal, chemical or non-coating oxygen-containing plasma.
  • the substrate retains its thickness dl through the process.
  • the second figure from the top shows the first silicon layer 2' of thickness d2' modified by plasma treatment in step 50 and thus the modified thickness dl' of the substrate, which is irrelevant due to the above-mentioned size relationships and is only shown schematically.
  • the additively applied first oxide layer 3 of thickness d2" by a plasma process is shown schematically, which can either be replaced by a second Oxide layer reinforced or used directly as a total tunnel oxide and used with the silicon layer 3.
  • the bottom figure in Figure 3 shows that the total tunnel oxide of thickness d6 optimized for the passivated contact consists of a first silicon oxide layer 2, 2' or 2" with thickness d2, d2' or d2", which is either non-coating (2), optionally modified (2′) or produced by coating (2′′), and a second silicon oxide layer 3 of thickness d3, which is applied by means of PVD or PECVD.
  • PE-CVD plasma-enhanced chemical vapor deposition
  • the advantage of cathode sputtering is that no toxic or flammable gases have to be used. Furthermore, the process is very easy to control, also with regard to the thickness and homogeneity of the layers achieved. Sputtering is a directional process that allows a one-sided, dense coating without wraparound. The density of the deposited layer can be varied during sputtering at moderate substrate temperatures, for example by changing the process pressure, the plasma power and voltage or, in the continuous process, also by the substrate transport speed.
  • sputtering a silicon oxide layer reactively from a metallic or sub-oxide target using DC, pulsed DC or RF excitation; from the oxidic target (quartz) with RF excitation.
  • pulsed DC excitation from the cylinder magnetron is particularly preferred.
  • linear plasma sources with a homogeneous linear coating rate such as cylindrical or planar magnetrons
  • the substrates are preferably moved horizontally and the coating sources are arranged above the substrates.
  • the silicon substrates are preferably placed on substrate carriers, with other orientations such as vertical transport or coating from bottom to top with horizontal transport being possible.
  • the substrate carriers equipped with wafers are introduced into the system with the help of a vacuum lock and, after passing through the process area equipped with treatment and coating stations, are discharged from the system through the same or through a second vacuum lock.
  • linear plasma sources plasma treatment steps such as step 50 described and the PE-CVD process variant for depositing the oxide and silicon layers to form the tunnel oxide and the entire passivated contact can also be integrated into a linear continuous system.
  • gas supply and discharge components and substrate carrier plasma treatment and layer deposition by means of PE-CVD can also be carried out in a continuous process be carried out unilaterally.
  • inline PE-CVD compared to static PE-CVD in batch systems with boats as substrate carriers (tube PECVD) and compared to low-pressure CVD (LP-CVD), in which the wafers are also stored in a reactor tube be coated stacked in boats, and compared to continuous systems, there is no one-sided orientation of the coating source to the substrates.
  • the wraparound of a layer deposited by LP-CVD on the backside of the wafer is several mm to cm from the outer edge of the wafer, and several mm layer wraparound on the backside of the substrate is also observed in tubular PE-CVD.
  • PE-CVD of polysilicon layers in a continuous process with linear plasma sources and suitable system geometry no undesired backside coating can be detected under the optical microscope.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten, eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens sowie auf ein bei dem Verfahren entstehendes Zwischenprodukt.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten, auf eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens sowie auf ein bei dem Verfahren entstehendes Zwischenprodukt.
Bei Solarzellen auf Basis kristalliner Siliziumwafer, die die Technologie der sogenannten „passivierten Kontakte“ nutzen, wie dies bspw. in der WO 2018/102852 Al beschrieben ist, ist die Erzeugung einer dünnen Siliziumoxidschicht erforderlich (vgl. zum Beispiel F. Feldmann et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 120, 270 (2014)). Diese Tunneloxid- bzw. Ladungsträgertransportschichten haben typischerweise eine Dicke zwischen 1,4 nm und 6 um. Kostengünstige Verfahren zu deren Herstellung sind die nasschemische Oxidation in wässriger Lösung sowie die thermische Oxidation in der Gasphase bei erhöhten Temperaturen von typischerweise größer als 150°C und kleiner als 600°C.
Das nasschemische Verfahren ist dabei besonders vorteilhaft, da bei diesem Verfahren die Substratoberfläche in ein und derselben Anlage, unmittelbar nach der Reinigung und Oberflächenstrukturierung, kontaminationsfrei chemisch passiviert werden kann. Das Umladen in einen Rohrofen und damit verbundene mögliche Kontaminationen der blanken Siliziumoberfläche werden so vermieden.
Die nasschemisch erzeugten Schichten mit einer Dicke von typischerweise 1,4 nm bis 1,8 nm sind jedoch im Vergleich zu den thermischen Schichten oftmals nicht ausreichend stabil, um nachfolgenden thermischen Hochtemperaturprozessen mit langer Dauer standzuhalten. Die nasschemisch erzeugten Siliziumoxid-Tunnelschichten verlieren bei hoher thermischer Belastung einige ihrer bei der Fertigung von Solarzellen nützlichen elektronischen Eigenschaften wie zum Beispiel Passivierung und Barriere gegen Diffusion von Fremdstoffen (vgl. zum Beispiel R. van der Vossen, Energy Procedure, 124 (2017), 448-454).
Zur Herstellung von passivierten Kontakten ist jedoch ein späterer thermischer Prozess aus zwei Gründen notwendig. Zum einen muss eine später auf das Tunneloxid aufgebrachte amorphe Siliziumschicht umkristallisiert werden, um die gewünschten polykristallinen Strukturen zu erzielen. Zum anderen muss der Dotierstoff, der entweder direkt mit der folgenden Siliziumschicht aufgebracht oder später aus der Gasphase oder mittels einer weiteren aufzubringenden, hochdotierten Schicht zur Verfügung gestellt wird, mithilfe des thermischen Prozesses durch die Oxidschicht in den darunterliegenden Halbleiter eingetrieben werden.
Darüber hinaus kann es - abhängig von der Art des Herstellungsprozesses der Tunneloxidschicht, von Wartezeiten zwischen der Erzeugung und des Tunneloxids und dem nachfolgenden Prozessschritt, d.h. dem Aufbringen der polykristallinen Siliziumschicht, und den dabei vorherrschenden Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Reinheit der Umgebungsluft - zu einer ungewünschten Veränderung der Eigenschaften der Tunneloxidschicht kommen. Ihre Oberfläche kann z.B. durch Staub oder Aerosole kontaminiert werden. Im Fall einer sehr dünnen Tunneloxidschicht kann deren Dicke durch unkontrollierte weitere Oxidation zunehmen. Die Funktion des passivierten Kontakts kann daher entweder aufgrund von ungewünschten Störstellen durch Kontamination oder aufgrund ungewünschter Veränderungen der Struktur oder Dicke der Tunneloxidschicht beeinträchtigt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten bereitzustellen, wobei mithilfe des verbesserten Verfahrens insbesondere die thermische Stabilität der Siliziumoxidschicht erhöht werden soll. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren dahingehend zu verbessern, dass die Dicke, die Struktur und die Reinheit der Siliziumoxidschicht im Vergleich zu bestehenden Verfahren besser kontrolliert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 22 gelöst. Anspruch 26 richtet sich auf ein entsprechend verbessertes Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten.
Dementsprechend richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten, bei welchem zunächst ein Siliziumwafer mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite bereitgestellt wird, wobei der Siliziumwafer auf mindestens der ersten Seite eine erste Siliziumoxidschicht aufweist. Diese erste Siliziumoxidschicht auf der ersten Seite des Siliziumwafers wird dann, optional nach einer zusätzlich in-situ Plasma-Zwischenbehandlung, mit einer zweiten Siliziumoxidschicht mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung beschichtet. Besonders bevorzugt sind dabei eine Beschichtung mittels Kathodenzerstäubung (Sputtern) oder plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PE-CVD). Anschließend wird die zweite Siliziumoxidschicht mit mindestens einer dritten Schicht beschichtet, die amorphes Silizium und/oder polykristallines Silizium und/oder nanokristallines Silizium aufweist.
Sowohl die optionale Zwischenbehandlung als auch die Abscheidung der zweiten Siliziumoxidschicht und der dritten Schicht werden bevorzugt in einer einzigen Durchlaufanlage, bevorzugt im dynamischen inline- Verfahren, ausgeführt, was weiter unten noch detailliert erläutert werden wird.
Die auf der ersten Seite des Siliziumwafers vorhandene Siliziumoxidschicht kann dabei durch Oxidieren von mindestens der ersten Seite eines Siliziumwafers durch thermische und/oder nasschemische Oxidation und/oder durch ein Plasmaverfahren erzielt werden. Alternativ kann es sich auch um eine native Siliziumoxidschicht handeln, die beispielsweise während der Lagerung des Siliziumwafers an Luft entstanden ist.
Mit anderen Worten soll erfindungsgemäß die thermische Stabilität der Siliziumoxidschicht erhöht werden, indem beispielsweise nach der nasschemischen Oxidation nochmals eine zweite Siliziumoxidschicht mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht wird, um die Gesamtdicke des Siliziumoxids (bestehend aus erster und zweiter Siliziumoxidschicht) zu erhöhen. Hierdurch steigert sich nicht nur die thermische Stabilität der so gebildeten Siliziumoxidschicht. Vielmehr kann durch genaues Einstellen der Dichte und der Dicke der zweiten Siliziumoxidschicht die Barrierewirkung der Gesamt-Siliziumoxidschicht für das Eindringen von Dotierstoffen in den Siliziumwafer aus benachbarten Schichten gezielt angepasst werden. Zusätzlich kann die zweite Siliziumoxidschicht mit Fremdstoffen aus der dritten und/oder fünften Hauptgruppe dotiert werden, um, optional unterstützt durch einen nachfolgenden thermischen Prozess, die Dotierstoffkonzentration in der amorphen Siliziumschicht und/oder in der an die Tunneloxidschicht angrenzende Schicht des Siliziumsubstrats anzupassen. In einer alternativen Ausführung kann die erste Siliziumoxidschicht vor dem Aufbringen der zweiten Siliziumoxidschicht mit einem Plasmaprozess behandelt werden. Diese zusätzliche Plasmabehandlung dient, zum Beispiel im Fall einer ungewünschten Kontamination oder Oberflächenveränderung der ersten Oxidschicht, der Reinigung und/oder Aktivierung der Oberfläche der ersten Siliziumschicht und damit einer Verringerung von Störstellen, die eine Ladungsträgerrekombination und damit eine Verminderung der Solarzelleneffizienz bewirken würden.
Eine solche Reinigung kann, alternativ oder zusätzlich, vor Abscheidung der zweiten Schicht (d.h. vor dem Abscheiden des undotierten Siliziumoxids) auch durch Aufheizen der Substrate erfolgen. Die Substrate können dafür auf mindestens 100°C, bevorzugt auf über 150°C, im Vakuum unter definierter Atmosphäre vor der Beschichtung geheizt werden. Die Substrate können dann auf dieser Temperatur während der Beschichtung mit der zweiten Siliziumoxidschicht gehalten oder weiter erhöht werden. Die erhöhte Substrattemperatur kann auch eine wesentliche Verbesserung der Qualität der Schicht bewirken.
Die Heizung kann mit dem Fachmann bekannten Mitteln erfolgen, beispielsweise mittels Widerstandsheizer oder IR-Strahlung. Die definierte Atmosphäre umfasst bevorzugt einen reduzierten Druck im Vergleich zum Atmosphärendruck von kleiner als 1 mbar, bevorzugt von kleiner als 0,01 mbar. Zusätzlich kann die definierte Atmosphäre Luft, inerte oder oxidierende Gase, sowie Gemische aus diesen enthalten. Die reinigende Wirkung des Heizschrittes bspw. durch Abdampfen von volatilen Stoffen wie zum Beispiel Wasser kann noch verstärkt werden durch Bereitstellen eines chemisch trocken-ätzenden fluorhaltigen Gasgemisches.
Im Falle einer ungewollt zu dick aufgebrachten ersten Oxidschicht kann die intermediäre Plasmabehandlung auch zur Reduktion der Dicke der ersten Oxidschicht und/oder der Aktivierung der Oberfläche verwendet werden.
Je nach gewünschter Anwendung kann der intermediäre Plasmaprozess sanfter oder abrasiver gestaltet werden. Durch Auswahl des Prozessgases, des Prozessdrucks und der Plasmadichte kann von einer leichten Oberflächenaktivierung bis zum reaktiven Ionenätzen die Wirkung des Verfahrens den Anforderungen angepasst werden. Insgesamt lassen sich durch die Kombination der ersten Oxidschicht, der optionalen intermediären Plasmabehandlung und des Aufbringens der zweiten Oxidschicht in Kombination mit dem Aufbringen der dotierten Siliziumschicht (dritte Schicht) die Eigenschaften des passivierten Kontakts gezielt einstellen.
Die erste Siliziumoxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 3 nm, stärker bevorzugt von 1,0 nm bis 2,5 nm und besonders bevorzugt von 1,0 nm bis 2,0 nm auf. Die zweite Siliziumoxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,1 nm bis 5 nm und stärker bevorzugt von 0,5 nm bis 2 nm auf.
Die Dicke der ersten Siliziumoxidschicht kann dabei, abhängig von dem für die Oxidation gewählten Verfahren, insbesondere durch geeignete Wahl von Konzentration und Einwirkzeit des oxidierenden Mediums eingestellt werden: Je höher die Konzentration des oxidierenden Mediums und dessen Einwirkzeit, desto dicker und dichter wird die Si02-Schicht. Auch durch eine Erhöhung der Temperatur lassen sich Dicke und Dichte der Schicht verbessern, wobei allerdings bei einigen Verfahren die Temperatur nur bedingt zur Einstellung geeignet ist, da z.B. bei Verwendung von Ozon als oxidierendem Medium die Temperatur nur begrenzt erhöht werden kann (max. auf 50 °C), weil ansonsten die Ozonkonzentration zu gering wird.
Besonders bevorzugt erfolgt das Ausbilden der ersten Siliziumoxidschicht auf mindestens der ersten Seite des Siliziumwafers durch nasschemische Oxidation bei einer Temperatur von mindestens 40°C und/oder einer Ozonkonzentration von mindestens 30 ppm.
Die Dicke der zweiten Siliziumoxidschicht lässt sich durch die Rate sowie die Dauer der Gasphasenabscheidung gezielt einstellen. Bei planparallelen Siliziumoxidschichten lässt sich deren Dicke beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmen und die Verfahrensparameter der Gasphasenabscheidung lassen sich dann entsprechend anpassen. Bei texturierten Siliziumwafern kann die Einstellung der gewünschten Dicke beispielsweise durch Skalierung von Rate und/oder Dauer der Gasphasenabscheidung entsprechend dem Verhältnis der vergrößerten texturierten Oberfläche zur planparallelen Oberfläche ermittelt werden. Die Dicke der Siliziumoxidschicht soll dabei im Kontext der vorliegenden Erfindung immer senkrecht zur lokalen Oberflächennormalen definiert sein, so dass beispielsweise im Falle einer Pyramidentextur die Dicke der Siliziumoxidschicht der Schichtdicke gemessen senkrecht zur Seitenfläche der Pyramide entspricht. Wenn die Schichtdicke variiert, wie dies bei solchen Pyramidentexturen regelmäßig der Fall ist, soll sich die erfindungsgemäße Schichtdicke auf die über die gesamte Oberfläche gemittelte Dicke beziehen.
Bevorzugt wird der Siliziumwafer mit der ersten Siliziumoxidschicht vor der optionalen intermediären Plasmabehandlung und dem Beschichten mit der zweiten Siliziumoxidschicht (das heißt gegebenenfalls nach beispielsweise einer nasschemischen Oxidation) gespült und getrocknet.
Nach erfolgter Abscheidung der ersten Siliziumoxidschicht kann die Waferoberfläche mit Luftsauerstoff unkontrolliert weiterreagieren, was sich negativ auf die Stabilität, Dichte und/oder Stöchiometrie des Siliziumoxids auswirken kann. Daher ist eine möglichst direkte bzw. unmittelbare Weiterprozessierung durch die optionale intermediäre Plasmabehandlung und/oder Beschichtung der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht anzustreben. Daher ist es bevorzugt, dass das Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht oder (im Falle der optionalen intermediären Plasmabehandlung) die Behandlung mit Plasma innerhalb von 48 h, bevorzugt innerhalb von 24 h, besonders bevorzugt innerhalb von 12 h nach Abschluss der Beschichtung der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht erfolgt.
Auch das Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit mindestens der dritten Schicht erfolgt bevorzugt mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung und besonders bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PE-CVD).
Die dritte Schicht weist bevorzugt einen Dotierstoff auf, welcher bevorzugt ein Element aus der dritten oder fünften Hauptgruppe ist.
Die erfindungsgemäße Tunneloxidschicht kann auch auf beiden Seiten des Siliziumwafers vorgesehen sein. Dementsprechend kann der bereitgestellte Siliziumwafer auf der ersten Seite und der zweiten Seite jeweils eine erste Siliziumoxidschicht aufweisen. Bei diesen beiden ersten Siliziumoxidschichten kann es sich wiederum um beispielsweise native Oxidschichten handeln. Alternativ kann gleichzeitig mit dem Oxidieren von mindestens der ersten Seite auch die zweite Seite des Siliziumwafers durch thermische und/oder nasschemische Oxidation und/oder durch ein Plasmaverfahren zur Erzielung einer ersten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite oxidiert werden. Letzteres ist insbesondere von Vorteil, da üblicherweise bei thermischer oder nasschemischer Oxidation (etwa durch Eintauchen im Batch- und/oder In line- Verfahren) die gesamte Oberfläche des Siliziumwafers oxidiert wird.
Ferner kann entsprechend auch die erste Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite sowohl optional mit einem intermediären Plasmaverfahren behandelt als auch mit einer zweiten Siliziumoxidschicht beschichtet werden. Auch hierfür kommt bevorzugt physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung und besonders bevorzugt Kathodenzerstäubung oder PE- CVD zum Einsatz.
Ferner kann auch die erste Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite oder die zweite Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite mit mindestens einer dotierten Siliziumschicht beschichtet werden, die bevorzugt ein Element aus der dritten oder fünften Hauptgruppe aufweist. Bevorzugt ist die Dotierung dieser dotierten Siliziumschicht entgegengesetzt zur dritten Schicht auf der ersten Seite des Siliziumwafers.
Auch diese dotierte Siliziumschicht wird bevorzugt (gegebenenfalls gemeinsam mit den Dotierstoffen) mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung und besonders bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD aufgebracht.
Sowohl die optionale Zwischenbehandlung als auch die Abscheidung der zweiten Siliziumoxidschicht und der dritten Schicht auf der zweiten Seite des Siliziumwafers werden bevorzugt in einer einzigen Durchlaufanlage, bevorzugt im dynamischen inline-Verfahren, ausgefuhrt. Besonders bevorzugt werden beide Seiten des Siliziumwafers in einer einzigen Durchlaufanlage, bevorzugt im dynamischen inline-Verfahren, behandelt.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner das Tempern des beschichteten Siliziumwafers bei einer Temperatur von mindestens 700°C auf. Dieses Tempern bewirkt bevorzugt, dass in dem Siliziumwafer auf der ersten Seite unterhalb der ersten Siliziumoxidschicht eine dotierte Siliziumschicht ausgebildet wird und/oder dass in dem Siliziumwafer auf der zweiten Seite unterhalb der ersten Siliziumoxidschicht eine dotierte Siliziumschicht ausgebildet wird.
Der Dotiergrad der ausgebildeten dotierten Siliziumschicht(en) hängt dabei bevorzugt von der Dicke und/oder der Dichte der zweiten Siliziumoxidschicht auf der ersten bzw. zweiten Seite ab. Bevorzugt findet das Tempern des beschichteten Siliziumwafers in Kombination mit dem Plasmabehandeln und der Beschichtung in einer Anlage statt, die aus mehreren Sektionen bestehen kann.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf eine Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist diese Anlage ein Becken zur nasschemischen Oxidation eines Siliziumwafers sowie eine Kathodenzerstäubungseinheit oder eine PE-CVD-Einheit zur Beschichtung mit einer Siliziumoxidschicht auf. Ferner ist eine optionale Plasmabehandlungseinheit sowie eine weitere Kathodenzerstäubungseinheit oder PE-CVD-Einheit zur Beschichtung mit amorphem Silizium und/oder polykristallinem Silizium und/oder nanokristallinem Silizium vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten. Das Zwischenprodukt weist einen Siliziumwafer mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, eine erste Siliziumoxidschicht auf mindestens der ersten Seite und eine zweite Siliziumoxidschicht direkt auf der ersten Siliziumoxidschicht auf. Ferner ist eine dritte Schicht direkt auf der zweiten Siliziumoxidschicht vorhanden, welche amorphes Silizium und/oder polykristallines Silizium und/oder nanokristallines Silizium aufweist.
Die erste Siliziumoxidschicht hat bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 3 nm, stärker bevorzugt von 1,0 nm bis 2,5 nm und besonders bevorzugt von 1,0 nm bis 2,0 nm. Die zweite Siliziumoxidschicht hat bevorzugt eine Dicke von 0,1 nm bis 5 nm und stärker bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 2 nm. Die Dicken der ersten und zweiten Siliziumoxidschicht lassen sich dabei (durch Vergleich mit einer Eichschicht) mittels Ellipsometrie bestimmen.
Die zweite Siliziumoxidschicht weist bevorzugt eine Dichte von 2,10 g/cm3 bis 2,65 g/cm3, stärker bevorzugt von 2,20 g/cm3 bis 2,40 g/cm3 auf.
Die dritte Schicht weist bevorzugt einen Dotierstoff auf, der bevorzugt ein Element aus der dritten oder fünften Hauptgruppe ist. Die Dichte sowie die Dicke der zweiten Siliziumoxidschicht sind bevorzugt derart eingestellt, dass die zweite Siliziumoxidschicht bei einer Temperatur von 1100°C für den Dotierstoff der dritten Schicht einen Diffusionskoeffizienten von größer 1 x 10 18 cm2/s, bevorzugt größer 5 x 10 17 cm2/s aufweist. Grundsätzlich gilt, dass der Diffusionskoeffizient umso kleiner ist, je dichter und je dicker die zweite Siliziumoxidschicht ist. Daher lässt sich der Diffusionskoeffizient gezielt über den entsprechenden Beschichtungsprozess einstellen.
Wie oben bereits anhand des Verfahrens erläutert, kann der Siliziumwafer auf der ersten Seite und der zweiten Seite jeweils eine erste Siliziumoxidschicht aufweisen. Ferner kann auch auf der ersten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite des Siliziumwafers eine zweite Siliziumoxidschicht vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann auf der zweiten Seite auch eine dotierte Siliziumschicht vorgesehen sein, die bevorzugt ein Element aus der dritten oder fünften Hauptgruppe aufweist, wobei die Dotierung bevorzugt entgegengesetzt zur Dotierung der dritten Schicht auf der ersten Seite des Siliziumwafers ist.
Durch die erfindungsgemäße Kombination zweier Oxidschichten kann die resultierende Gesamt-Tunneloxidschicht optimal an die Anforderungen einer Solarzelle mit passivierten Kontakten angepasst werden. Zum einen bleibt die Schicht auch nach dem Verstärken des beispielsweise nasschemisch erzeugten Oxids mit der zweiten Oxidschicht so dünn, dass sie als Tunneloxid- bzw. als dünne Ladungsträgertransportschicht agieren kann. Zum anderen wird das beispielsweise nasschemisch erzeugte Oxid durch die zweite Oxidschicht so stabilisiert, dass die Passivierungseigenschaften der Gesamtschicht durch eine nachfolgende thermische Behandlung erhalten bleiben. Ferner können durch das Einstellen der Dichte und der Dicke der zweiten Siliziumoxidschicht die Diffusionseigenschaften des resultierenden Tunneloxids für einen Dotierstoff (zum Beispiel Phosphor oder Bor) so eingestellt werden, dass der Dotierstoff bei den nachfolgenden thermischen Prozessen in genau einstellbarer Konzentration in den unter der Oxidschicht liegenden Siliziumkristall eingetrieben werden kann. Letzteres ist beispielsweise im Falle einer Beschichtung mittels Kathodenzerstäubung („Sputtering“) durch Variation des Prozessdrucks, der Spannung und der Substrattemperatur möglich. Durch Anpassen der Dichte und der Dicke der PVD-Schicht können die Diffusionseigenschaften der gesamten Oxidschicht eingestellt werden.
Die Dicke und die Oberflächenbeschaffenheit der ersten Siliziumoxidschicht kann darüber hinaus mit einem optionalen, intermediären Plasmabehandlungsschritt weiterhin so optimiert werden, dass die Gesamtoxidschicht nach dem Abscheiden der zweiten Siliziumoxidschicht in ihrer Funktion als Tunneloxid für passivierte Kontakte optimal abgestimmt werden kann. Mit dieser optionalen Plasmabehandlung kann, je nach Eigenschaft der ersten Siliziumoxidschicht, entweder deren Reinigung und Oberflächenaktivierung oder durch ein aggressiveres Rückätzen zusätzlich eine Reduktion deren Dicke erreicht werden.
Ein Vorteil dieser Prozessabfolge ist es, dass die Oberfläche des Siliziumwafers, der vor der Abscheidung der ersten Oxidschicht gereinigt wurde, durch die unmittelbar nach dem Reinigen z.B. nasschemisch aufgebrachte erste Oxidschicht geschützt und die guten Oberflächeneigenschafen des Wafers erhalten werden. Diese Schutzfimktion der Oxidschicht wirkt durch die Erfindung unabhängig von deren angestrebter Funktion als Tunnelbarriere. Die Erfindung erlaubt es, die erste, schützende Oxidschicht sowohl mit Hilfe der optionalen intermediären Plasmabehandlung als auch durch das Aufträgen der zweiten Oxidschicht mittels PVD oder PE-CVD in eine für das Gesamtsystem optimal angepasste Tunneloxidschicht umzuwandeln.
Die Verwendung physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD), insbesondere der Kathodenzerstäubung (Sputtern), zur Erhöhung der Dicke der Siliziumoxidschicht ist besonders kostengünstig. Zudem kann sie unmittelbar vor der PVD-Beschichtung des Wafers mit amorphem Silizium, wie dies für Zellarchitekturen, die passivierte Kontakte einsetzen, notwendig ist, erfolgen. Somit kann eine einzelne Anlage sowohl zur Erhöhung der thermischen Belastbarkeit der Tunneloxidschicht als auch zur Beschichtung mit amorphem Silizium eingesetzt werden.
Das Sputterverfahren bietet sich zur gezielten Abscheidung von dünnen, homogenen Mehrschichtsystemen an. Somit können die kombinierten Eigenschaften des Schichtstapels durch genau eingestellte Einzelschichten (Silizium-, Barriere- und Dotierstoffschichten) eingestellt werden. Sputtern ist einfach steuerbar und wirkt einseitig, was bei der Herstellung von passivierten Kontakten ein Vorteil ist.
Alternativ zum Sputtern können die Oxide und die Siliziumschichten auch mit Hilfe der PE- CVD aufgebracht werden. Beides sind plasmabasierte Vakuum-Dünschicht- Abscheideverfahren, die sich durch geringe Kontamination, sowie im Inline- DurchlaufVerfahren auch durch hohe Schichtgleichmäßigkeit und hohen Durchsatz auszeichnen. Darüber hinaus können beide Beschichtungsverfahren gut gesteuert oder geregelt und mit anderen Plasmaverfahren, wie zum Beispiel dem Plasmaätzen, der Plasmaoxidation, der Plasmareinigung oder der Plasmaaktivierung, sowie mit vor- oder nachgelagerten Temperprozessen kombiniert werden.
Eine nasschemische Oxidation ist insofern von Vorteil, als eine nasschemische Anlage zur Reinigung und Texturierung der Siliziumsubstrate am Anfang ihres Herstellungsprozesses von kristallinen Siliziumsubstratzellen nötig ist. Somit lassen sich Reinigung, Texturierung und Ausbilden einer Siliziumoxidschicht in einer einzigen nasschemischen Anlage kombinieren. Das nasschemisch erzeugte Tunneloxid schützt dabei die frisch gereinigte Zelloberfläche vor ungewünschten Verunreinigungen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm für Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die korrespondierenden Zwischenprodukte;
Fig. 2 eine schematische Illustration eines Oxidationsschrittes unter Verwendung einer Schutzschicht; und
Fig. 3 eine schematische Illustration unterschiedlicher Ausführungsformen zum Aufbringen der Siliziumoxidschichten.
Die linke Seite von Fig. 1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der rechten Seite von Fig. 1 ist das nach dem jeweiligen Verfahrensschritt erhaltene Zwischenprodukt zu sehen.
Demnach erfolgt zunächst eine optionale nasschemische Vorbehandlung 10 eines Siliziumwafers, die bspw. eine nasschemische Reinigung und/oder eine nasschemische Texturierung umfasst, beispielsweise auf Basis von eines alkalischen oder sauren Ätzverfahrens. Während dieser Vorbehandlung wird vom Substrat Material abgetragen. Das Ergebnis einer solchen nasschemischen Reinigung ist ein Siliziumwafer 1 mit einer frisch gereinigten und gegebenenfalls texturierten Zelloberfläche. Anschließend, möglichst unmittelbar nach der Vorbehandlung, wird eine thermische und/oder nasschemische Oxidation 20 des Siliziumwafers 1 durchgeführt, womit auf einer oder auf beiden Seiten des Wafers die erste Siliziumoxidschicht 2 aufgebracht wird, die die gereinigte Oberfläche schützt und, zumindest auf der ersten Waferoberfläche, die Basis des späteren Tunneloxids bildet. Hierfür wird der Siliziumwafer 1 beispielsweise einige Minuten in ein saures oder alkalisches Bad eingetaucht, welches ein Oxidationsmittel wie z.B. Ozon, Wasserstoffperoxid oder Salpetersäure enthält. Anschließend ist, wie dies in Fig. 1 (rechte Seite) angedeutet wird, die gesamte Oberfläche des Siliziumwafers 1 mit der ersten Siliziumoxidschicht 2 versehen. Alternativ werden die Siliziumwafer bei einer Temperatur von ca. 600 °C in sauerstoffhaltiger Atmosphäre für ca. 10 Minuten thermisch oxidiert. Durch die nasschemische oder thermische Oxidation diffundiert Sauerstoff in die Substratoberfläche hinein und oxidiert die oberste Schicht des Siliziumwafers. Die Dicke des vorbehandelten Siliziumwafers dl (vgl. Fig. 3) ändert sich durch diese Oxidation nicht. Vorbehandelte Solarwafer haben eine Dicke von ca. 120 bis 170 pm, in Zukunft werden auch dünnere Wafer verwendet werden. Die Dicke des Tunneloxids beträgt nur ca. 1 bis 2 nm, so dass die Waferdicke für die Abscheidung des Tunneloxids irrelevant ist.
Alternativ zur thermischen oder nasschemischen Oxidation kann die erste Siliziumoxidschicht 2 auch auf dem vorbehandelten Siliziumsubstrat 1 direkt durch ein rein oxidatives, nicht abscheidendes Plasmaverfahren erzeugt werden, in dem ebenfalls der oberste Teil des Siliziumsubstrats in Anwesenheit von Sauerstofffadikalen oder -ionen oxidiert wird.
In einem optionalen weiteren Schritt 50 wird die erste Siliziumschicht 2 mit Hilfe einer Plasmabehandlung zumindest einseitig in eine modifizierte erste Siliziumschicht 2‘ umgewandelt, die sich von der ursprünglichen ersten Siliziumschicht 2 in der Dicke, der Oberflächenbeschaffenheit und/oder dem Reinheitsgrad unterscheidet. Dieser Schritt erlaubt es, die erste Siliziumschicht 2, 2‘ unter Beibehaltung ihrer Schutzwirkung auf die vorher gereinigte Oberfläche des Substrats 1, hinsichtlich Reinheit, Defektfreiheit und Gesamtschichtdicke zur Verwendung als Teilschicht des späteren gesamten Tunneloxids anzupassen.
In einem weiteren Schritt 30 wird die erste Siliziumoxidschicht 2, 2‘ auf der ersten Seite (hier: der Unterseite) des Siliziumwafers 1 mit einer zweiten Siliziumoxidschicht 3 mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD, beschichtet. Die resultierende Tunneloxidschicht setzt sich aus der Summe der Schichten 2 bzw. 2‘ und 3 zusammen.
Anschließend wird diese zweite Siliziumoxidschicht 3 in einem Schritt 40 mit mindestens einer dritten Schicht 4, die beispielsweise amorphes Silizium aufweist, beschichtet. Auch diese Beschichtung erfolgt mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung und bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD.
Selbstverständlich können die Schritte 50, 30 und 40 auch auf der gegenüberliegenden zweiten Seite (d.h. hier: der Oberseite) des Siliziumwafers 1 oder auf beiden Waferseiten ausgeführt werden.
Anschließend kann das in Fig. 1 rechts unten dargestellte Zwischenprodukt (gegebenenfalls inkl. weiterer Schichten) bei einer Temperatur von mindestens 700 °C getempert werden.
Ferner kann unmittelbar nach dem Schritt 20 noch eine Spülung und Trocknung erfolgen (nicht dargestellt).
In manchen Fällen kann es erwünscht sein, dass der Siliziumwafer lediglich einseitig mit einer Siliziumoxidschicht versehen wird. Nasschemisch ist dies mit einer Behandlungsvorrichtung im Batch-Verfahren und im Inline- Verfahren möglich. Die Reinigung kann vorteilhafterweise ebenfalls in den gleichen Behandlungsvorrichtungen erfolgen.
Eine einseitige nasschemische oder thermische Oxidation kann besonders einfach unter Verwendung einer Schutzschicht 5 (vgl. Fig. 2) erreicht werden, die eine Oxidation überall dort verhindert, wo der Siliziumwafer mit der Schutzschicht 5 bedeckt ist. Zwischen den in Fig. 1 dargestellten Schritten 10 und 20 wird hierfür der nasschemisch vorbehandelte Siliziumwafer 1 mit einer Schutzschicht 5 versehen. Diese kann bspw. eine Seite (hier: die Oberseite) des Siliziumwafers 1 und optional die Seitenränder, wie in Fig. 2 zu sehen, bedecken und z.B. aus Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder einem Polymer bestehen. Im Schritt 20 kann dann nur die freie Oberfläche (hier: die Unterseite) des Siliziumwafers 1 oxidiert werden. Anschließend (bspw. nach der im Schritt 30 erfolgten Beschichtung mit einer zweiten Siliziumoxidschicht 3 mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung) kann die Schutzschicht 5 wieder entfernt werden, beispielsweise durch einen zusätzlichen nasschemischen Schritt (vgl. Fig. 2 unten). Eine solche Schutzschicht 5 kann beispielsweise Borosilikatglas aufweisen, welche z.B. in einem Bor-Diffusionsprozess generiert wurde und mit einem auf Flusssäure basierenden Ätzverfahren entfernt werden kann.
Bei Verwendung eines rein oxidativen, nicht beschichtenden Plasmaverfahrens zur Ausbildung der ersten Siliziumoxidschicht 2 in Schritt 20 kann bei Verwendung einer inline- Durchlaufanlage mit geeigneter Anordnung der Plasmaquelle und Substrataufnahme eine einseitige Oxidation erzielt werden, wodurch sich die Verwendung einer Schutzschicht erübrigt.
Anstelle des rein oxidativen, nicht beschichtenden Plasmas kann zur Ausbildung der ersten Siliziumoxidschicht 2 auf dem vorbehandelten Wafer 1 auch ein beschichtendes PVD oder PE- CVD- Verfahren verwendet werden, das in einer geeigneten Durchlaufanlage ebenfalls einseitig aufgebracht werden kann (vgl. Fig. 3, dritte Abbildung von oben: 2“). Auf eine so auf den Wafer aufgebrachte erste Oxidschicht kann im Sinne der Erfindung, bevorzugt in derselben Anlage, entweder zunächst die zweite Oxidschicht und dann die dritte, siliziumhaltige Schicht, oder direkt die dritte Schicht abgeschieden werden.
In Fig. 3 sind die unterschiedlichen Ausführungsformen zur Ausbildung des Tunneloxids und die Dicken des Substrats und der unterschiedlichen Schichten dargestellt.
Die oberste Abbildung zeigt die in Schritt 20, hier beispielsweise nur auf einer Seite des vorbehandelten Siliziumwafers 1 der Dicke dl bspw. durch ein thermisches, chemisches oder nicht-beschichtendes sauerstoffhaltiges Plasma erzeugte, erste Siliziumoxidschicht 2 der Dicke d2. Das Substrat behält durch den Prozess seine Dicke dl.
Die zweite Abbildung von oben zeigt die in Schritt 50 durch eine Plasmabehandlung modifizierte erste Siliziumschicht 2‘ der Dicke d2‘ und dadurch die modifizierte, aber aufgrund der o.g. Größenverhältnisse irrelevante und nur schematisch dargestellte geänderte Dicke dl ‘ des Substrats.
In der dritten Abbildung von oben ist die durch ein Plasmaverfahren additiv aufgebrachte erste Oxidschicht 3 der Dicke d2“ schematisch dargestellt, die entweder durch eine zweite Oxidschicht verstärkt oder direkt als Gesamt-Tunneloxid verwendet und mit der Siliziumschicht 3 verwendet werden kann.
Die unterste Abbildung in Fig.3 zeigt, dass sich das für den passivierten Kontakt optimierte Gesamt-Tunneloxid der Dicke d6 aus einer ersten Siliziumoxidschicht 2, 2‘ oder 2“ mit der Dicke d2, d2‘ oder d2“, die entweder nicht-beschichtend (2), optional modifiziert (2‘) oder beschichtend (2“) erzeugt wird, und einer zweiten Siliziumoxidschicht 3 der Dicke d3, die mittels PVD oder PECVD aufgebracht wird, zusammensetzt.
Für die Abscheidung der ersten Siliziumschicht (im Fall 2“) und der zweiten Siliziumoxidschicht 3 im Schritt 30 kommen grundsätzlich physikalische und chemische Gasphasenabscheidung sowie „atomic layer deposition“ infrage, wobei Letzteres aufgrund der geringen Abscheiderate weitaus kostenaufwendiger ist. Insbesondere die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PE-CVD) erlaubt es auch bei höheren Temperaturen, dichte Schichten zu erzeugen. Allerdings lässt sich die Schichtdicke bei dünnen Schichtdicken schlechter kontrollieren als bei physikalischer Gasphasenabscheidung. Beide Methoden, bevorzug aber Letztere, würden auch eine Kombination der Vorrichtung mit der entsprechenden Vorrichtung zur Beschichtung der zweiten Siliziumoxidschicht mit mindestens einer dritten Schicht ermöglichen.
Der Vorteil der Kathodenzerstäubung ist, dass hierbei keine toxischen oder brennbaren Gase verwendet werden müssen. Ferner ist der Prozess, auch im Hinblick auf die erzielte Dicke und Homogenität der Schichten, sehr einfach kontrollierbar. Sputtern ist ein gerichteter Prozess, der eine einseitige, dichte Beschichtung ohne Umgriff erlaubt. Die Dichte der abgeschiedenen Schicht lässt sich beim Sputtern bei moderaten Substrattemperaturen zum Beispiel durch Änderung des Prozessdrucks, der Plasmaleistung und -Spannung oder im Durchlaufverfahren auch durch die Substrattransportgeschwindigkeit variieren.
Dabei kommen für das Sputtern einer Siliziumoxidschicht verschiedene Varianten infrage: reaktiv vom metallischen oder sub-oxidischen Target mithilfe einer DC-, gepulsten DC- oder RF -Anregung; vom oxidischen Target (Quarz) mit RF- Anregung. Im Hinblick auf die Kosten und die Materialausnutzung ist eine gepulste DC-Anregung vom Zylindermagnetron besonders bevorzugt.
Für die Ausführung der Gesamtanlage ist eine Durchlaufanlage mit linearen Beschichtungsquellen und dynamischer Beschichtung besonders bevorzugt. Hierbei kommen lineare Plasmaquellen mit homogener linearer Beschichtungsrate wie z.B. Zylinder- oder Planarmagnetrons zum Einsatz, vor denen ein kontinuierlicher Zug von Substraten mit konstanter Transportgeschwindigkeit vorbeigeführt und dynamisch beschichtet wird. Bevorzugt werden die Substrate horizontal bewegt und die Beschichtungsquellen oberhalb der Substrate angeordnet. Die Siliziumsubstrate werden hierzu bevorzugt auf Substratträger gelegt, wobei auf andere Orientierungen wie z.B. vertikaler Transport oder Beschichtung von unten nach oben bei horizontalem Transport möglich sind.
Die mit Wafem bestückten Substratträger werden mit Hilfe einer Vakuumschleuse in die Anlage eingeschleust und nach Durchlaufen des mit Behandlungs- und Beschichtungsstationen ausgestatteten Prozessbereichs durch dieselbe oder durch eine zweite Vakuumschleuse wieder aus der Anlage ausgeschleust.
In solch einer linearen Durchlaufanlage können im Vakuum einzelne Verfahren angewendet werden wie z.B. die Plasmavorbehandlung oder das Aufbringen der ersten oder zweiten Oxidschicht oder der amorphen oder polykristallinen Siliziumschicht. Bevorzugt werden in solch einer Durchlaufanlage jedoch mehrere oder alle Prozessschritte kombiniert, wodurch aufgrund des Ausschlusses der umgebenden Atmosphäre eine höhere Defektffeiheit erzielt werden und Kosten eingespart werden können. Optional können in solch eine Anlage auch Substratheizer integriert werden, mit der die Schichteigenschaften und die Abscheideraten kontrolliert werden. Darüber hinaus kann in solch eine Anlage auch ein weiterer thermischer Prozess zum Tempern der passivierten Kontaktschichten integriert werden.
Mit Hilfe von linearen Plasmaquellen können auch Plasmabehandlungsschritte wie der beschriebene Schritt 50, sowie die Prozessvariante PE-CVD zum Abscheiden der Oxid- und der Siliziumschichten zur Ausbildung des Tunneloxids und des gesamten passivierten Kontakts in eine lineare Durchlaufanlage integriert werden. Bei geeigneter Ausführung und Anordnung der linearen Plasmaquellen, Gaszu- und -abfuhrkomponenten und Substratträger können im DurchlaufVerfahren auch Plasmabehandlung und die Schichtabscheidung mittels PE-CVD einseitig ausgeführt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der inline-PE-CVD gegenüber der statischen PE-CVD in Batch-Anlagen mit Booten als Substratträger (Rohr-PECVD) und gegenüber der Niederdruck-CVD (LP-CVD), in der ebenfalls in einem Reaktorrohr die Wafer in Booten gestapelt beschichtet werden, und im Vergleich zu Durchlaufanlagen keine einseitige Orientierung der Beschichtungsquelle zu den Substraten vorherrscht.
Der Umgriff einer mit LP-CVD abgeschiedenen Schicht auf der Rückseite des Wafers beträgt vom Außenrand des Wafers mehrere mm bis cm, und bei der Rohr-PE-CVD werden auch mehrere mm Schichtumgriff auf der Rückseite des Substrats beobachtet. Bei PE-CVD von poly-Siliziumschichten im DurchlaufVerfahren mit linearen Plasmaquellen und geeigneter Anlagengeometrie kann im optischen Mikroskop keine ungewünschte Rückseitenbeschichtung nachgewiesen werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten, welches aufweist:
Bereitstellen eines Siliziumwafers mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, wobei der Siliziumwafer auf mindestens der ersten Seite eine erste Siliziumoxidschicht aufweist;
Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht auf der ersten Seite mit einer zweiten Siliziumoxidschicht mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD; und
Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit mindestens einer dritten Schicht, die amorphes Silizium und/oder polykristallines Silizium und/oder nanokristallines Silizium aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Siliziumoxidschicht eine Dicke von 0,5 nm bis 3 nm, bevorzugt eine Dicke von 1,0 nm bis 2,5 nm, besonders bevorzugt eine Dicke von 1,0 nm bis 2,0 nm aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Siliziumoxidschicht vor Aufbringen der zweiten Siliziumoxidschicht mit Hilfe eines Plasmaverfahrens behandelt wird, wobei bevorzugt die Behandlung mit Plasma innerhalb von 48 h, stärker bevorzugt innerhalb von 24 h, besonders bevorzugt innerhalb von 12 h nach Abschluss der Beschichtung der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Siliziumoxidschicht eine Dicke von 0,1 nm bis 5 nm, bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 2 nm, aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit mindestens der dritten Schicht mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bevorzugt mittels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD, erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die drite Schicht einen Dotierstoff, bevorzugt ein Element aus der 3. oder 5. Hauptgruppe, aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen des Siliziumwafers mit der ersten Siliziumoxidschicht aufweist: i) Oxidieren von mindestens der ersten Seite eines Siliziumwafers durch thermische und/oder nasschemische Oxidation und/oder durch ein Plasmaverfahren und/oder ii) Aufheizen des Siliziumwafers mit der ersten Siliziumoxidschicht auf mindestens 100°C, bevorzugt auf mindestens 150°C, bevor und/oder während die erste Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht beschichtet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der bereitgestellte Siliziumwafer auf der ersten Seite und der zweiten Seite jeweils eine erste Siliziumoxidschicht aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei gleichzeitig mit dem Oxidieren von mindestens der ersten Seite auch die zweite Seite des Siliziumwafers durch thermische und/oder nasschemische Oxidation und/oder durch ein Plasmaverfahren zur Erzielung einer ersten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite oxidiert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, welches ferner aufweist:
Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite mit einer zweiten Siliziumoxidschicht mitels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bevorzugt mitels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, welches ferner aufweist:
Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite oder der zweiten Siliziumoxidschicht auf der zweiten Seite mit mindestens einer dotierten Siliziumschicht, die bevorzugt ein Element aus der 3. oder 5. Hauptgruppe aufweist, bevorzugt mit entgegengesetzter Dotierung zur driten Schicht auf der ersten Seite des Siliziumwafers.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die dotierte Siliziumschicht mittels physikalischer oder chemischer Gasphasenabscheidung, bevorzugt mitels Kathodenzerstäubung oder PE-CVD, aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner aufweist: Tempern des beschichteten Siliziumwafers bei einer Temperatur von mindestens 700 °C.
14. Verfahren nach Anspruch 13, rückbezogen auf Anspruch 6 und/oder 11, wobei das Tempern bewirkt, dass in dem Siliziumwafer auf der ersten Seite unterhalb der ersten Siliziumoxidschicht eine dotierte Siliziumschicht ausgebildet wird und/oder dass in dem Siliziumwafer auf der zweiten Seite unterhalb der ersten Siliziumoxidschicht eine dotierte Siliziumschicht ausgebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Dotiergrad der ausgebildeten dotierten Siliziumschicht von der Dicke und/oder der Dichte der zweiten Siliziumoxidschicht auf der ersten bzw. zweiten Seite abhängt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens einige, bevorzugt alle, Schritte des Verfahrens im Rahmen eines DurchlaufVerfahrens durchgefuhrt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit der dritten Schicht innerhalb von 48 h, bevorzugt innerhalb von 24 h, besonders bevorzugt innerhalb von 12 h nach Abschluss der Beschichtung der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht und das Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit der dritten Schicht in einer einzigen Durchlaufanlage erfolgt, wobei die Wafer vor der Beschichtung mit Hilfe einer Vakuumschleuse in die Durchlaufanlage eingeschleust werden und nach der Beschichtung durch eine Vakuumschleuse aus der Durchlaufanlage ausgeschleust werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, rückbezogen auf Anspruch 7, wobei das Oxidieren von mindestens der ersten Seite des Siliziumwafers in derselben Durchlaufanlage erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Beschichten der ersten Siliziumoxidschicht mit der zweiten Siliziumoxidschicht und das Beschichten der zweiten Siliziumoxidschicht mit der dritten Schicht, und optional das Oxidieren von mindestens der ersten Seite des Siliziumwafers, ohne Vakuumbruch erfolgt.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Siliziumoxidschicht und die zweite Siliziumoxidschicht identisch sind im Hinblick auf ihre elementare Zusammensetzung.
22. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
23. Anlage nach Anspruch 22, wobei die Anlage aufweist: ein Becken zur nasschemischen Oxidation eines Siliziumwafers; und eine Kathodenzerstäubungseinheit oder eine PE-CVD-Einheit zur Beschichtung mit einer Siliziumoxidschicht.
24. Anlage nach Anspruch 23, wobei die Anlage ferner aufweist: eine Plasmabehandlungseinheit; und eine weitere Kathodenzerstäubungseinheit oder PE-CVD-Einheit zur Beschichtung mit amorphem Silizium und/oder polykristallinem Silizium und/oder nanokristallinem Silizium.
25. Anlage nach Anspruch 24, wobei die Anlage eine Durchlaufanlage ist, in der die Wafer vor der Beschichtung mit Hilfe einer Vakuumschleuse in die Durchlaufanlage eingeschleust werden und nach der Beschichtung durch eine Vakuumschleuse aus der Durchlaufanlage ausgeschleust werden.
26. Zwischenprodukt bei der Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten, welches aufweist: einen Siliziumwafer mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; eine erste Siliziumoxidschicht auf mindestens der ersten Seite; eine zweite Siliziumoxidschicht direkt auf der ersten Siliziumoxidschicht ; und eine dritte Schicht, die amorphes Silizium und/oder polykristallines Silizium und/oder nanokristallines Silizium aufweist, direkt auf der zweiten
Siliziumoxidschicht.
27. Zwischenprodukt nach Anspruch 26, wobei die erste Siliziumoxidschicht eine Dicke von 0,5 nm bis 3 nm, bevorzugt eine Dicke von 1,0 nm bis 2,5 nm, besonders bevorzugt eine Dicke von 1,0 nm bis 2,0 nm aufweist.
28. Zwischenprodukt nach Anspruch 26 oder 27, wobei die zweite Siliziumoxidschicht eine Dicke von 0,1 nm bis 5 nm, bevorzugt eine Dicke von 0,5 nm bis 2 nm, aufweist.
29. Zwischenprodukt nach Anspruch 26, 27 oder 28, wobei die zweite Siliziumoxidschicht eine Dichte von 2,10 g/cm3 bis 2,65 g/cm3, bevorzugt 2,20 g/cm3 bis 2,40 g/cm3 aufweist.
30. Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die dritte Schicht einen Dotierstoff, bevorzugt ein Element aus der 3. oder 5. Hauptgruppe, aufweist.
31. Zwischenprodukt nach Anspruch 30, wobei die zweite Siliziumoxidschicht bei einer Temperatur von 1100 °C für den Dotierstoff einen Diffusionskoeffizienten von größer lxlO 18 cm2/s, bevorzugt größer 5xl0 17 cm2/s, aufweist.
32. Zwischenprodukt nach einem der Ansprüche 26 bis 31, wobei die erste Siliziumoxidschicht und die zweite Siliziumoxidschicht identisch sind im Hinblick auf ihre elementare Zusammensetzung.
PCT/EP2022/066847 2021-07-02 2022-06-21 Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten WO2023274784A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280045346.6A CN117693825A (zh) 2021-07-02 2022-06-21 用于制造具有钝化触点的硅太阳能电池的起始材料的方法
EP22733986.8A EP4292133A1 (de) 2021-07-02 2022-06-21 Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021003446.5A DE102021003446A1 (de) 2021-07-02 2021-07-02 Verfahren zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten
DE102021003446.5 2021-07-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023274784A1 true WO2023274784A1 (de) 2023-01-05

Family

ID=82218412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/066847 WO2023274784A1 (de) 2021-07-02 2022-06-21 Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4292133A1 (de)
CN (1) CN117693825A (de)
DE (1) DE102021003446A1 (de)
WO (1) WO2023274784A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018102852A1 (en) 2016-12-06 2018-06-14 The Australian National University Solar cell fabrication
CN110112226A (zh) * 2019-04-04 2019-08-09 浙江师范大学 一种新型全钝化接触晶体硅太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020001980A1 (de) 2020-03-26 2021-09-30 Singulus Technologies Ag Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für eine Siliziumsolarzelle mit passivierten Kontakten

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018102852A1 (en) 2016-12-06 2018-06-14 The Australian National University Solar cell fabrication
CN110112226A (zh) * 2019-04-04 2019-08-09 浙江师范大学 一种新型全钝化接触晶体硅太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BEISPIEL F. FELDMANN ET AL., SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, vol. 120, 2014, pages 270
BEISPIEL R. VAN DER VOSSEN, ENERGY PROCEDURE, vol. 124, 2017, pages 448 - 454
MACK I. ET AL: "Properties of mixed phase silicon-oxide-based passivating contacts for silicon solar cells", SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, vol. 181, 1 July 2018 (2018-07-01), NL, pages 9 - 14, XP055963708, ISSN: 0927-0248, Retrieved from the Internet <URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927024817306803/pdfft?md5=91d021755838d53feaecb2b88f3f770b&pid=1-s2.0-S0927024817306803-main.pdf> DOI: 10.1016/j.solmat.2017.12.030 *
STÜCKELBERGER JOSUA ANDREAS ET AL: "Transparent Passivating Contacts for Front Side Application in Crystalline Silicon Solar Cells", 27 August 2018 (2018-08-27), Lausanne, pages 1 - 198, XP055963783, Retrieved from the Internet <URL:https://infoscience.epfl.ch/record/256679> *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117693825A (zh) 2024-03-12
DE102021003446A1 (de) 2023-01-05
EP4292133A1 (de) 2023-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19935046C2 (de) Plasma-CVD-Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer mikrokristallinen Si:H-Schicht auf einem Substrat sowie deren Verwendung
DE4013143C2 (de)
DE112017006152T5 (de) Solarzellenherstellung
DE102010000002B4 (de) Verfahren zur Abscheidung von Mehrlagenschichten und/oder Gradientenschichten
WO2010025809A2 (de) Heterosolarzelle und verfahren zur herstellung von heterosolarzellen
EP1304748B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
DE3317535A1 (de) Duennfilmtransistor
EP2064750A2 (de) Verfahren zur simultanen dotierung und oxidation von halbleitersubstraten und dessen verwendung
WO2017212077A2 (de) Verfahren zur herstellung eines substrates mit einer bordotierten oberfläche
DE112011101329T5 (de) Multi-layer SiN für funktional und optische abgestufte Arc-Schichten auf kristallinen Solarzellen
EP3028295B1 (de) Verfahren zum bonden von substraten
EP2338179B1 (de) Verfahren zur behandlung von substraten und behandlungseinrichtung zur durchführung des verfahrens
EP0949688A1 (de) Dünnschichtsolarzelle, Verfahren zu deren Herstellung sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2314732B1 (de) Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer TCO-Schicht und Dünnschichtsolarzelle
EP4088323A1 (de) Verfahren und anlage zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten
WO2020069700A1 (de) Solarzellen-beschichtungsanlage
EP4292133A1 (de) Verfahren zur herstellung eines ausgangsmaterials für eine siliziumsolarzelle mit passivierten kontakten
EP2847786B1 (de) Verfahren zum bonden von substraten
WO2009030374A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines metallischen rückkontaktes eines halbleiterbauelements, insbesondere einer solarzelle
EP1415332A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen dünner epitaktischer halbleiterschichten
CN110120434A (zh) 电池片及其制备方法
DE102018132244B4 (de) Verfahren zur Herstellung von dotierten Halbleiterschichten
DE10141090A1 (de) Kristalline Silizium-Dünnschicht-Halbleitervorrichtung, kristalline Silizium-Dünnschicht-Photovoltaikvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Silizium-Dünnschicht-Halbleitervorrichtung
DE102010013039A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikzelle sowie Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Fotovoltaikzellen

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22733986

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022733986

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022733986

Country of ref document: EP

Effective date: 20230914

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280045346.6

Country of ref document: CN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE