WO2024008455A1 - Rückseitenkontaktierte solarzelle mit passivierten kontakten und herstellungsverfahren - Google Patents

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Definitions

  • the present invention describes a back-contacted solar cell with passivated contacts and the manufacturing process of such a solar cell.
  • Solar cells convert radiation into electrical energy by absorbing photons and creating a voltage between positive and negative electrodes.
  • the absorbent material may be a semiconductor substrate such as silicon. Include to separate the load carriers Solar cell doped areas. These can be formed, for example, by diffusing acceptor or donor dopants into the substrate or by depositing doped silicon layers. Electrodes contact the doped areas and thus form a negative or positive electrode.
  • the efficiency of solar cells is defined as the ratio between electrical energy produced and radiant energy absorbed. Increasing efficiency to generate more electrical energy is therefore a fundamental goal of solar cell production technology.
  • By arranging all electrodes on the back of the substrate shading caused by the electrodes on the front facing the sun is avoided and a solar cell with contact on the back is formed.
  • the distance between electrodes should be as small as possible, so an interdigital design with alternating positive and negative electrodes is advantageous.
  • Equivalent to the electrodes, the corresponding n- and p-doped regions must be arranged interdigitally on the back. By passivating the surfaces on the front and back, the recombination of holes and electrons is reduced and thus the efficiency is increased.
  • Recombination can be further reduced if the interface between the semiconductor substrate and the electrodes is also passivated.
  • a well-known structure of such a passivated contact is the Combination of a thin passivating tunnel oxide on the substrate surface that allows charge carriers to pass through, a doped polycrystalline silicon and a metal electrode.
  • the type of doping of the polycrystalline silicon determines the type of charge carriers, either electrons or holes, that can pass through the tunnel oxide, creating a charge carrier-selective contact.
  • a solar cell includes different regions of doped polysilicon layers that are doped with either an acceptor dopant (e.g. boron) or a donor dopant (e.g. phosphorus) and thus p- or n-type -form areas.
  • an acceptor dopant e.g. boron
  • a donor dopant e.g. phosphorus
  • the manufacturing process of such individually doped layers requires either masking during the deposition of the layers or complex structuring and etch-back steps. It is also advantageous if the front of such a component is doped with a different doping concentration than the back. This requires another diffusion step with masking of the layers on the back.
  • the back-side-contacted solar cell comprises a semiconductor substrate, in particular an n- or p-doped silicon substrate, comprising a front and a back, the solar cell comprising electrodes of a first polarity and electrodes of a second, opposite polarity on the back, wherein the Electrodes each contact either a first doped region of a first polarity of a polycrystalline silicon layer or a second doped region of an opposite, second polarity of the polycrystalline silicon layer on the back, and wherein a first dielectric layer is arranged between the semiconductor substrate and the polycrystalline silicon layer , characterized in that the first and second doped regions comprise a first dopant f with a first doping concentration, and the second doped regions comprise a second dopant f with a second dopant concentration, the second dopant f comprising a polarity opposite to the first dopant
  • the first doped regions of the polycrystalline silicon layer on the back only comprise the first dopant f
  • the second doped regions of the polycrystalline Silicon layer on the back but includes the first dopant f and a second dopant f of an opposite polarity.
  • the doping concentration of the first dopant is the same, or at least approximately the same, or at least similar.
  • the present invention also includes deviations in the first doping concentration of the first dopant in the first and second regions of up to 50%, in particular up to approximately 25%, in particular up to approximately 10%.
  • the second doping concentration of the second dopant fs is chosen to be significantly higher than that of the first dopant fs.
  • the second doping concentration in the second region should be at least 3 x 10 19 cur 3 higher, preferably over 5 x 10 19 cur 3 higher than the doping concentration of the first dopant.
  • the polarity of the second doped regions depends on the type of second dopant, namely acceptor or donor. This enables a much simpler manufacturing process. A method of manufacturing will be discussed below.
  • a third doped region is provided on the front, the third doped region being on the front second dopant f with a third doping concentration, and the third doping concentration is lower than the second doping concentration.
  • the doping of the front promotes the passivation of the surface and enables the low recombination on this surface required for highly efficient solar cells.
  • the third doping concentration on the front is chosen to be significantly lower than the second doping concentration in second doped regions on the back.
  • the doping concentration of the front side is preferably below 3xl 0 19 cur 3 , and thus at least 50% below the doping concentration of the second dopant in the second region on the back side.
  • the first and second doped regions on the back are at least partially separated from one another by grooves.
  • the grooves prevent recombination between the different charge carriers at the border between the two areas, but increase the effort of the manufacturing process.
  • the grooves are at least partially formed in the polycrystalline layer, and wherein at least a partially polycrystalline layer remains in the grooves, so that a bottom of a respective groove is formed by the polycrystalline layer.
  • first and second doped regions arranged next to one another are not completely separated from one another, but only partially.
  • a bottom of a respective furrow is formed, for example, by the remaining polycrystalline layer.
  • the grooves are formed in the polycrystalline layer and penetrate the polycrystalline layer, so that a bottom of a respective groove is formed by the first dielectric layer.
  • first and second doped regions arranged next to one another are completely separated from one another.
  • the grooves do not extend into the first dielectric layer and not into the semiconductor substrate.
  • a bottom of a respective furrow is formed, for example, by the first dielectric layer.
  • the grooves completely penetrate the polycrystalline layer and at least partially penetrate the first dielectric layer.
  • first and second doped regions arranged next to one another are completely separated from one another.
  • the grooves extend into the first dielectric layer or even through the first dielectric layer but not into the semiconductor substrate.
  • a bottom of a respective furrow becomes formed, for example, by the first dielectric layer or by the semiconductor substrate.
  • first doped regions of a first polarity and second doped regions of an opposite, second polarity in the polycrystalline silicon layer such that the first and second doped regions comprise the first dopant f with a first doping concentration, and the second doped regions include a second dopant f with a second doping concentration, wherein the second dopant f produces a polarity opposite to the first dopant f, and wherein the second doping concentration is higher than the first doping concentration, so that the second dopant f overcompensates the first dopant f and thus the second polarity of the second Areas are formed.
  • the invention it is provided that only one layer, namely the polycrystalline silicon layer, is deposited with the first dopant f, and this is then doped locally with the second dopant f, so that on the back there are a large number of first and second doped regions with opposite polarity, namely n- and p-type regions arise.
  • producing the first and second doped regions includes: depositing a first barrier layer on the polycrystalline silicon layer, locally removing the barrier layer in regions on the back;
  • a third doped region is simultaneously produced on the front, the third doped region on the front comprising the second dopant f with a third doping concentration, and the third doping concentration lower than that second doping concentration is.
  • the different dopings on the front and back allow for very good doping on the front Passivation and on the back the higher doping enables contact with a metal electrode.
  • the different high second and third doping concentrations on the front and back in a single furnace diffusion step are possible because the diffusion coefficient in monocrystalline silicon, as on the front, is significantly lower than the grain boundary diffusion parameter Silicon as in the polycrystalline layer on the back.
  • a single furnace diffusion step can form a low-doped front side, namely the third doped region, and at the same time locally overcompensate for the polycrystalline silicon layer on the back and thus form the second doped regions by introducing significantly more dopant into the second regions well-founded.
  • a second dielectric layer is deposited on the back and/or a third dielectric layer is deposited on the front.
  • the second and/or third dielectric layer serves to passivate the surface.
  • the third dielectric layer can also optimize light capture on the front side by designing the layer as an anti-reflection layer.
  • the second dielectric layer is removed locally in areas on the back, and electrodes are applied to the back, and the electrodes are applied to the first and second areas in the areas where the dielectric layer is removed, contact through the second dielectric layer.
  • the local removal of the second dielectric layer can be done, for example, by wet chemical etching, laser ablation or by baking a printed metal paste.
  • grooves are produced, the grooves separating the first and second doped regions on the back at least partially from one another separate .
  • the grooves can be formed according to various embodiments described above with respect to the solar cell.
  • the production of the grooves includes the following steps: depositing an etching barrier on the back;
  • Etching in particular wet chemical etching, for removing at least a part of the polycrystalline silicon layer, in particular a part of the first and/or second doped regions.
  • a further etching step can then be carried out to remove the etching barrier.
  • the local removal of the etching barrier in areas of adjacent first and second doped areas is carried out, for example, by means of laser irradiation.
  • the etching barrier can already grow during the diffusion step. During furnace diffusion, a silicon oxide grows in the second areas and can be used as an etching barrier. In this case, a further deposition step of an etch barrier is not absolutely necessary.
  • first, a second or a third dielectric layer this can each be designed as a single layer or as a layer stack comprising at least two layers.
  • deposition is understood to mean a deposition of the elements mentioned, for example a layer.
  • Fig. 2 shows a solar cell according to the invention according to a second embodiment
  • Fig. 3 to 11 show solar cells according to Figures 1 and/or 2 in various steps of a process for producing the solar cells.
  • Figures 1 and 2 show a schematic section through the solar cell 10 with a semiconductor substrate 12, in particular a silicon substrate, a back 14 and a front 16 facing the sun during operation.
  • the semiconductor substrate 12 is doped either n-type or p-type.
  • the detail shown represents only a fraction of the solar cell 10, which is repeated periodically over the entire wafer. Interruptions can be provided, for example, in a vertical direction, into the plane of the drawing, to the cross section at points where busbars are provided.
  • the biggest Area or even the entire surface of the back 14 of the substrate 12 is passivated, in particular under a polycrystalline layer 20a, by a first dielectric layer 18.
  • the first dielectric layer 18 is made of silicon dioxide, for example.
  • the first dielectric layer 18 comprises, for example, a thickness of 4-50 ⁇ .
  • a polycrystalline silicon layer 20a comprising first doped regions 20 and second doped regions 22 is arranged on the first dielectric layer 18 .
  • the polycrystalline silicon layer 20a can also have interruptions, as shown in FIG. 1 shown.
  • the polycrystalline silicon layer 20a does not necessarily have to be continuous.
  • the second doped regions 22 include a polarity opposite to the first regions 20.
  • the polycrystalline silicon layer is doped with a first dopant f with a first doping concentration CI.
  • a first dopant f is, for example, acceptors such as boron, gallium or aluminum.
  • the polycrystalline silicon layer 20a is also doped with the first dopant f with the first doping concentration CI, or at least a similarly high doping concentration.
  • the same acceptor element for example boron, gallium or aluminum, with a similar doping concentration CI is present in the second doped regions 22 of the polycrystalline silicon layer 20a.
  • the second doped regions 22 are polycrystalline Silicon layer 20a contains a second dopant f in a second doping concentration C2, the second dopant f producing a polarity opposite to the first dopant f.
  • a second dopant f is, for example, donor elements such as phosphorus, antimony or selenium.
  • the second doping concentration C2 is much higher than the first doping concentration. In the example, this leads to an overcompensation of the acceptor concentration with the donor concentration.
  • the acceptors and donors can also be swapped so that the donors are the first dopant and the acceptors overcompensate for the donors in the second regions 22 of the polycrystalline silicon layer 20a.
  • the front side 16 of the solar cell 10 includes a third doped region 24.
  • the third doped region 24 also includes the second dopant f but with a third doping concentration C3.
  • the third doping concentration C3 is lower than the second doping concentration C2.
  • the concentration of the dopants in the third doped region 24 is significantly lower than in the second regions 22 of the polycrystalline silicon layer 20a on the back 14. This is because the grain boundary diffusion parameter in the polycrystalline silicon layer 20a in the areas 22 is significantly higher than the diffusion coefficient in monocrystalline silicon, such as on the front side 16 of the substrate 12.
  • the first and second doped regions 20, 22 are separated by grooves 26.
  • the grooves can only partially extend into the polycrystalline silicon layer 20a and cannot completely separate this layer.
  • the grooves 26 may also extend completely through the polycrystalline silicon layer 20a.
  • the grooves may also extend into or through the first dielectric layer 18.
  • the grooves 26 can also extend into the semiconductor substrate 12.
  • the grooves 26 extend, for example, to the surface of the semiconductor substrate 12. In this case, the grooves 26 penetrate both the polycrystalline silicon layer 20a and the first dielectric layer 18.
  • Figure 2 shows a further embodiment of the present invention.
  • the first and second regions 20, 22 of the polycrystalline silicon layer 20a lie next to one another and contact each other.
  • a second dielectric layer 28 covers the back of the solar cell 10, including the first and second doped regions 20, 22, and the grooves 26.
  • the second dielectric layer 28, for example, passivates the surface.
  • a third dielectric layer 30 is provided on the front 16 .
  • the third dielectric layer 30 passivates the front side 16 and reduces the reflection of incident radiation during operation of the solar cell.
  • the second dielectric layer 28 is locally removed in areas 32 .
  • electrodes 34, 36 contact the polycrystalline silicon layer 20a.
  • the electrodes 34, 36 contact either a first doped region 20 or a second doped region 22, thus forming electrodes with a first polarity 34 or a second polarity 36.
  • Figure 3 shows a semiconductor substrate 12.
  • a first wet-chemical etching step in which, for example, the back 14 was polished and the front side 16 was textured, has already been carried out.
  • the semiconductor substrate 12 can also be completely polished or completely textured.
  • the semiconductor substrate 12 is either n- or p-doped.
  • Figure 4 shows the semiconductor substrate 12 with a first, in particular thin, dielectric layer 18 and a doped polycrystalline silicon layer 20a with a first polarity and a barrier layer 21 on the Back 14 .
  • the barrier layer 21 serves as a diffusion barrier in a subsequent processing step. Some or all of these layers can also grow or be deposited, particularly parasitically, on the front side 16. In this case, the layers are then removed from the front again.
  • the barrier layer 21 is locally removed in areas 23 on the back 14. This is done at regular intervals, for example. Interruptions in this, in particular regular, pattern can occur, for example, in the direction perpendicular to the cross section shown, i.e. into the plane of the drawing, in areas in which current busbars for electrodes are located or provided become.
  • the local removal of the barrier layer 21 can be carried out, for example, by laser irradiation or a masking process.
  • the barrier layer 21 is already deposited through a mask, so that the structured barrier layer 21 with openings in areas 23 does not have to be removed locally. In the event that one of the layers 18, 20, 21 mentioned with reference to FIG. 4 has grown or been deposited on the front side 16, it may be advantageous to remove these layers on the front side 16 at the latest before the next process step.
  • the semiconductor substrate 12 is finally exposed to a high-temperature diffusion, also called oven diffusion, of a second dopant.
  • a high-temperature diffusion also called oven diffusion
  • the second doped regions are formed in the regions 23 in the polycrystalline silicon layer 20a.
  • the second dopant may be phosphorus, which results in n-doping of the polycrystalline silicon layer 20a in the regions 23 when the doping concentration of the second dopant C2 exceeds the doping concentration of the first dopant CI .
  • the second dopant diffuses locally in the regions 23 into the polycrystalline silicon layer 20a and on the front side 16 into the semiconductor substrate 12, as shown in Figure 6.
  • the second doped regions 22 are formed in the regions 23 on the back.
  • the first doped regions 20 are the regions of the polycrystalline silicon layer 20a that are covered by the barrier layer 21, so that no diffusion occurs in these regions.
  • the third doped region 24 is formed on the front 16.
  • the diffusion of the second dopant in the areas 23 is significantly higher than in the monocrystalline semiconductor substrate 12 on the front 16, since the grain boundary diffusion parameter on the back 14 is significantly higher than the diffusion coefficient in monocrystalline silicon , on the front 16.
  • the diffusion process can be designed so that in the second regions 22 of the polycrystalline silicon layer 20a the second doping concentration C2 of the second dopant exceeds the first doping concentration CI of the first dopant, whereby the first dopant is overcompensated and the second doped regions 22 with a too first doped areas 20 opposite polarity arise.
  • the lower diffusion of the second dopant forms the third doped region 24 with a lower third doping concentration C3, which enables excellent surface passivation with subsequently applied passivation layers.
  • the method is very advantageous because, firstly, only one deposition step of a polycrystalline silicon layer 20a is required, and secondly, the doping of the second polarity of the second regions 22 on the back 14 is carried out simultaneously with the doping of the third doped region 24 on the front 16.
  • Figure 7a shows an optional step of a preferred embodiment of the manufacturing method according to the invention.
  • An etching barrier 25 is deposited on the back 14 and a further etching barrier 27 is deposited on the front 16, or grows there.
  • the barrier layer 21 can be removed in a previous step.
  • the further etch barrier 25 can cover the barrier layer 21, or if the etch barrier 25 grows, it can be provided that the etch barrier 25 only grows in the areas 23.
  • the individual etching barrier 25 or the combination of barrier layer 21 and etching barrier 25 covers the entire back side 14 after this process step.
  • the etching barriers 25, 27 can also move during the process shown in FIG. 6 have formed the diffusion step shown when a silicon oxide layer, e.g. B.
  • the etching barrier 25 or the combination of the barrier layer 21 and the etching barrier 25 on the back 14 is referred to as the etching barrier 25.
  • the etching barrier 25 is removed in areas 26a, for example by laser irradiation.
  • the areas 26a are located in the area of the adjacent ones first and second doped regions 20, 22, as for example in FIG. 8a shown.
  • the regions 26a can also lie only in the first doped regions 20 or only in the second doped regions 22.
  • the grooves 26 only partially extend into the polycrystalline silicon layer 20a, with part of the polycrystalline silicon layer 20a remaining on the bottom of the grooves 26.
  • the etching barriers 25, 27 are not removed and passivate the surfaces.
  • Fig. 10a is on the back 14 and the
  • the dielectric layers 28, 30 may consist of, for example, a silicon oxide/silicon nitride stack, an aluminum oxide/silicon nitride stack, silicon nitride only, or another suitable layer.
  • the thickness and composition of the dielectric layers 28, 30 may be different and should allow recombination at the surface of the monocrystalline front 16, at the interface between the first dielectric layer 18 and the semiconductor substrate 12 and in the grooves 26 in which the semiconductor substrate 12 is not covered by the first dielectric layer 18 or the first and second doped regions 20 , 22 .
  • the second dielectric layer 28 on the back 14 therefore advantageously covers all exposed surfaces of the back 14. Additionally, the dielectric layers 28, 30 may optimize light capture by acting as anti-reflection layers. If the etching barriers 25, 27 were not removed in a previous step, applying further layers 28, 30 may be advantageous.
  • 11a shows the solar cell 10 after the application of electrodes 34, 36 to the back 14, which contact either the first doped regions 20 or the second doped regions 22.
  • the dielectric layer 28 can be penetrated in areas 32 below the electrodes. Either the dielectric layer 28 in the areas 32 can be removed locally before the electrodes are applied, for example by laser irradiation, or, if the electrodes 34, 36 are deposited as a metal paste with subsequent firing, parts of the paste dissolve the dielectric layer 28 and thus enable contact between the electrodes 34, 36 and the first and second doped regions 20, 22.
  • the steps according to FIGS. 7b and 8b can also be carried out instead of the steps according to FIGS. 7a to 11a.
  • the semiconductor substrate 12 is cleaned, for example, with the barrier layer 21 and optionally other oxides, e.g. B. a phosphosilicate glass that could have grown during the previous process steps must be removed.
  • the barrier layer 21 and optionally other oxides, e.g. B. a phosphosilicate glass that could have grown during the previous process steps must be removed.
  • a second dielectric layer 28 and a third dielectric layer 30 are on the back 14 and .
  • the front 16 is deposited, as shown in Fig. 7b shown.
  • the dielectric layers 28, 30 can e.g. B. consist of a silicon oxide/silicon nitride stack, an aluminum oxide/silicon nitride stack, consist only of silicon nitride or another suitable layer.
  • the thickness and composition of the dielectric layers 28, 30 may vary and should accommodate recombination the monocrystalline surface of the front side 16 and at the interface between the first dielectric layer 18 and the semiconductor substrate 12. Therefore, the dielectric layer 28 advantageously covers the first and second doped regions 20, 22 of the polycrystalline silicon layer 20a on the back. Additionally, the dielectric layers 28, 30 may optimize light capture by acting as anti-reflection layers.
  • Fig. 8b shows a solar cell 10 of another embodiment after the application of electrodes 34, 36 on the back 14, which contact either the first doped regions 20 or the second doped regions 22.
  • the dielectric layer 28 In order to establish contact with the first and second doped regions 20, 22, the dielectric layer 28 must be penetrated in regions 32 below the electrodes. Either the dielectric layer 28 in the areas 32 can be removed locally before the electrodes are applied, for example by laser irradiation, or, if the electrodes 34, 36 are deposited as a metal paste with subsequent firing, parts of the paste dissolve the dielectric layer 28 and thus enable contact between the electrodes 34, 36 and the first and second doped regions 20, 22,

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine rückseitenkontaktierte Solarzelle mit passivierten Kontakten und ihr Herstellungsverfahren. Die Elektroden kontaktieren jeweils entweder einen ersten dotierten Bereich einer ersten Polarität einer polykristallinen Siliziumschicht oder einen zweiten dotierten Bereich einer entgegengesetzten, zweiten Polarität der polykristallinen Siliziumschicht auf der Rückseite, wobei zwischen dem Halbleitersubstrat und der polykristallinen Siliziumschicht eine dielektrische Schicht angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten dotierten Bereiche einen ersten Dotierstoff mit einer ersten Dotierungskonzentration umfassen, und die zweiten dotierten Bereiche einen zweiten Dotierstoff mit einer zweiten Dotierungskonzentration umfassen, wobei der zweite Dotierstoff eine zum ersten Dotierstoff entgegengesetzte Polarität erzeugt, und wobei die zweite Dotierungskonzentration höher als die erste Dotierungskonzentration ist, so dass der zweite Dotierstoff den ersten Dotierstoff überkompensiert und somit die zweite Polarität der zweiten dotierten Bereiche gebildet ist.

Description

Titel : Rückseitenkontaktierte Solarzelle mit passivierten Kontakten und Herstellungsverfahren
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine rückseitenkontaktierte Solarzelle mit passivierten Kontakten und das Herstellungsverfahren einer solchen Solarzelle .
Solarzellen wandeln Strahlung in elektrische Energie um, indem sie Photonen absorbieren und zwischen positiven und negativen Elektroden eine Spannung erzeugt wird . Das absorbierende Material kann ein Halbleitersubstrat wie Sili zium sein . Zum Trennen der Ladungsträger umfassen Solarzellen dotierte Bereiche . Diese können beispielsweise durch Di f fusion von Akzeptor- oder Donator-Dotierstof fen in das Substrat oder durch Abscheiden dotierter Sili ziumschichten gebildet werden . Elektroden kontaktieren die dotierten Bereiche und bilden somit eine negative bzw . positive Elektrode .
Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist definiert als das Verhältnis zwischen erzeugter elektrischer Energie und absorbierter Strahlungsenergie . Die Steigerung des Wirkungsgrads zur Erzeugung von mehr elektrischer Energie ist daher ein grundlegendes Ziel der Solarzellenproduktions-technologie . Durch die Anordnung aller Elektroden auf der Rückseite des Substrats wird die Abschattung durch die Elektroden auf der der Sonne zugewandten Vorderseite vermieden und eine rückseitig kontaktierte Solarzelle gebildet . Um die Serienwiderstandsverluste zu begrenzen, sollte der Abstand zwischen den Elektroden so gering wie möglich sein, so dass ein interdigitales Design mit abwechselnd positiven und negativen Elektroden von Vorteil ist . Äquivalent zu den Elektroden müssen die entsprechenden n- und p-dotierten Bereiche auf der Rückseite interdigital angeordnet sein . Durch die Passivierung der Oberflächen auf der Vorder- und Rückseite wird die Rekombination von Löchern und Elektronen verringert und damit der Wirkungsgrad erhöht . Die Rekombination kann weiter reduziert werden, wenn die Grenz fläche zwischen dem Halbleitersubstrat und den Elektroden ebenfalls passiviert wird . Eine bekannte Struktur eines solchen passivierten Kontakts ist die Kombination aus einem dünnen passivierenden Tunneloxid auf der Substratoberfläche, das Ladungsträger passieren lässt, einem dotierten polykristallinen Silizium und einer Metallelektrode. Die Art der Dotierung des polykristallinen Siliziums bestimmt die Art von Ladungsträgern, entweder Elektronen oder Löcher, die durch das Tunneloxid passieren können, so dass ein ladungsträgerselektiver Kontakt entsteht .
Eine rückseitig kontaktierte Solarzelle mit ladungsträgerselektiv passivierten Kontakten ist beispielsweise bereits in US 7,812,250 B2 beschrieben. Eine Solarzelle, wie zuvor beschrieben, umfasst jedoch unterschiedliche Bereiche von dotierten Polysiliziumschichten, die entweder mit einem Akzeptor- Dotierstoff (z. B. Bor) oder einem Donator-Dotierstoff (z. B. Phosphor) dotiert sind und somit p- bzw. n-Bereiche bilden. Der Herstellungsprozess solcher individuell dotierten Schichten erfordert jedoch entweder eine Maskierung während der Abscheidung der Schichten oder komplexe Strukturierungs- und Rückätzschritte. Außerdem ist es von Vorteil, wenn die Vorderseite eines solchen Bauelements mit einer anderen Dotierungskonzentration als die Rückseite dotiert ist. Dies erfordert einen weiteren Diffusionsschritt mit Maskierung der Schichten auf der Rückseite .
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Solarzelle und ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, das diese Nachteile überwindet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die rückseitenkontaktierte Solarzelle ein Halbleitersubstrat , insbesondere ein n- oder p-dotiertes Sili ziumsubstrat umfassend eine Vorderseite und eine Rückseite umfasst , wobei die Solarzelle auf der Rückseite Elektroden einer ersten Polarität und Elektroden einen zweiten, entgegengesetzten Polarität umfasst , wobei die Elektroden j eweils entweder einen ersten dotierten Bereich einer ersten Polarität einer polykristallinen Sili ziumschicht oder einen zweiten dotierten Bereich einer entgegengesetzten, zweiten Polarität der polykristallinen Sili ziumschicht auf der Rückseite kontaktieren, und wobei zwischen dem Halbleitersubstrat und der polykristallinen Sili ziumschicht eine erste dielektrische Schicht angeordnet ist , dadurch gekennzeichnet , dass die ersten und zweiten dotierten Bereiche einen ersten Dotierstof f mit einer ersten Dotierungskonzentration umfassen, und die zweiten dotierten Bereiche einen zweiten Dotierstof f mit einer zweiten Dotierungskonzentration umfassen, wobei der zweite Dotierstof f eine zum ersten Dotierstof f entgegengesetzte Polarität umfasst , und wobei die zweite Dotierungskonzentration höher als die erste Dotierungskonzentration ist , so dass der zweite Dotierstof f den ersten Dotierstof f überkompensiert und somit die zweite Polarität der zweiten dotierten Bereiche gebildet ist .
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die ersten dotierten Bereiche der polykristallinen Sili ziumschicht auf der Rückseite nur den ersten Dotierstof f , wohingegen die zweiten dotieren Bereiche der polykristallinen Sili ziumschicht auf der Rückseite aber den ersten Dotierstof f und einen zweiten Dotierstof f einer entgegengesetzten Polarität umfassen . In den ersten und zweiten dotierten Bereichen ist die Dotierungskonzentration des ersten Dotierstof fs gleich, oder zumindest annähernd gleich oder zumindest ähnlich . Von der vorliegenden Erfindung umfasst sind auch Abweichungen der ersten Dotierungskonzentration des ersten Dotierstof fs in den ersten und zweiten Bereichen von bis zu 50% , insbesondere bis zu etwa 25% , insbesondere von bis zu etwa 10% .
Die zweite Dotierungskonzentration des zweiten Dotierstof fs wird j edoch deutlich höher gewählt als die des ersten Dotierstof fs . So sollte die zweite Dotierungskonzentration im zweiten Bereich mindestens 3 x 1019 cur3 höher sein, vorzugsweise über 5 x 1019 cur3 höher sein als die Dotierungskonzentration des ersten Dotierstof fes .
Dadurch, dass die zweite Dotierungskonzentration in den zweiten dotieren Bereichen höher ist als die erste Dotierungskonzentration, richtet sich die Polarität der zweiten dotierten Bereiche nach dem Typ des zweiten Dotierstof fs , nämlich Akzeptor oder Donator . Dies ermöglicht einen wesentlich einfacheren Herstellungsprozess . Ein Verfahren zum Herstellen wird im Weiteren erörtert .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass auf der Vorderseite ein dritter dotierter Bereich vorgesehen ist , wobei der dritte dotierte Bereich auf der Vorderseite den zweiten Dotierstof f mit einer dritten Dotierungskonzentration umfasst , und die dritte Dotierungskonzentration niedriger als die zweite Dotierungskonzentration ist . Die Dotierung der Vorderseite fördert die Passivierung der Oberfläche und ermöglicht die für hochef fi ziente Solarzellen erforderliche geringe Rekombination an dieser Oberfläche . Die dritte Dotierungskonzentration auf der Vorderseite wird deutlich niedriger gewählt als die zweite Dotierungskonzentration in zweiten dotierten Bereichen auf der Rückseite . Die Dotierungskonzentration der Vorderseite liegt vorzugsweise unter 3xl 019 cur3, und somit mindestens 50 % unter der Dotierungskonzentration des zweiten Dotierstof fes im zweiten Bereich auf der Rückseite . Für ein ef fi zientes Herstellungsverfahren ist es vorteilhaft , wenn die Herstellung der unterschiedlichen Dotierstof fkonzentrationen auf der Vorderseite und auf der Rückseite in einem Di f fusionsschritt erfolgt . Dies wird im Detail in Bezug auf das Herstellungsverfahren beschrieben .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass die ersten und zweiten dotierten Bereiche auf der Rückseite durch Furchen wenigstens teilweise voneinander getrennt sind . Die Furchen verhindern eine die Rekombination zwischen den unterschiedlichen Ladungsträger an der Grenze zwischen den beiden Bereichen, erhöhen j edoch den Aufwand des Herstellungsprozesses .
Es kann vorgesehen sein, dass die Furchen wenigstens teilweise in der polykristallinen Schicht ausgebildet sind, und wobei in den Furchen wenigstens teilweise polykristalline Schicht restiert ist , so dass ein Boden einer j eweiligen Furche durch die polykristalline Schicht gebildet wird . In diesem Fall sind nebeneinander angeordnete erste und zweite dotierte Bereiche nicht vollständig, sondern nur teilweise voneinander getrennt . Ein Boden einer j eweiligen Furche wird beispielsweise durch die restierte polykristalline Schicht gebildet .
Es kann vorgesehen sein, dass die Furchen in der polykristallinen Schicht ausgebildet sind und die polykristalline Schicht durchdringen, so dass ein Boden einer j eweiligen Furche durch die erste dielektrische Schicht gebildet wird . In diesem Fall sind nebeneinander angeordnete erste und zweite dotierte Bereiche vollständig voneinander getrennt . Die Furchen erstrecken sich aber nicht in die erste dielektrische Schicht und nicht in das Halbleitersubstrat . Ein Boden einer j eweiligen Furche wird beispielsweise durch die erste dielektrische Schicht gebildet .
Es kann vorgesehen sein, dass die Furchen die polykristalline Schicht vollständig durchdringen und die erste dielektrische Schicht zumindest teilweise durchdringen . In diesem Fall sind nebeneinander angeordnete erste und zweite dotierte Bereiche vollständig voneinander getrennt . Die Furchen erstrecken sich aber in die erste dielektrische Schicht oder sogar durch die erste dielektrische Schicht hindurch aber nicht in das Halbleitersubstrat . Ein Boden einer j eweiligen Furche wird beispielsweise durch die erste dielektrische Schicht oder durch das Halbleitersubstrat gebildet .
Es kann vorgesehen sein, dass die Furchen die erste dielektrische Schicht vollständig durchdringen und zumindest teilweise in dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind . In diesem Fall sind nebeneinander angeordnete erste und zweite dotierte Bereiche vollständig voneinander getrennt . Die Furchen erstrecken sich durch die erste dielektrische Schicht hindurch und in das Halbleitersubstrat hinein . Ein Boden einer j eweiligen Furche wird durch das Halbleitersubstrat gebildet .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass auf der Rückseite eine zweite dielektrische Schicht vorgesehen ist , wobei die zweite dielektrische Schicht auf der Rückseite die ersten und zweiten Bereiche und/oder die Furchen bedeckt . Die zweite dielektrische Schicht dient beispielsweise dazu, die Oberfläche zu passivieren . Die zweite dielektrische Schicht kann auch als
Wasserstof f quelle zum Absättigen of fener Bindungen an der Substratoberfläche dienen .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass eine dritte dielektrische Schicht auf der Vorderseite der Solarzelle ausgebildet ist . Die dritte dielektrische Schicht passiviert beispielsweise die Oberfläche und/oder kann den Lichteinfang optimieren, indem die Schicht als Antireflexionsschicht ausgebildet ist . Eine weitere Aus führungs form betri f ft das Herstellen einer Solarzelle gemäß den beschriebenen Aus führungs formen .
Das Verfahren zum Herstellen umfasst wenigstens die folgenden Schritte : Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht auf der Rückseite eines Halbleitersubstrats ;
Abscheiden einer polykristallinen Sili ziumschicht umfassend einen Dotierstof f einer ersten Polarität auf der ersten dielektrischen Schicht auf der Rückseite ;
Herstellen von ersten dotierten Bereichen einer ersten Polarität und zweiten dotierten Bereichen einer entgegengesetzten, zweiten Polarität in der polykristallinen Sili ziumschicht , derart dass die ersten und zweiten dotierten Bereiche den ersten Dotierstof f mit einer ersten Dotierungskonzentration umfassen, und die zweiten dotierten Bereiche einen zweiten Dotierstof f mit einer zweiten Dotierungskonzentration umfassen, wobei der zweite Dotierstof f eine zum ersten Dotierstof f entgegengesetzte Polarität erzeugt , und wobei die zweite Dotierungskonzentration höher als die erste Dotierungskonzentration ist , so dass der zweite Dotierstof f den ersten Dotierstof f überkompensiert und somit die zweite Polarität der zweiten Bereiche gebildet ist .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nur eine Schicht , nämlich die polykristalline Sili ziumschicht mit dem ersten Dotierstof f abgeschieden wird, und diese dann lokal mit dem zweiten Dotierstof f dotiert wird, so dass auf der Rückseite eine Viel zahl von ersten und zweiten dotierten Bereichen mit entgegengesetzter Polarität , nämlich n- und p-Typ- Bereichen entstehen .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass das Herstellen der ersten und zweiten dotierten Bereiche umfasst : Abscheiden einer ersten Sperrschicht auf der poly kristallinen Sili ziumschicht , Lokales Entfernen der Sperrschicht in Bereichen auf der Rückseite ;
Lokales Überkompensieren der polykristallinen Sili ziumschicht in einem Ofendi f fusionsprozess in Bereichen durch Di f fundieren eines zweiten Dotierstof fs in das polykristalline Sili zium in den Bereichen, wobei die ersten dotierten Bereiche in Bereichen der polykristallinen Sili ziumschicht gebildet werden, in denen die Sperrschicht nicht entfernt wird, und die zweiten dotierten Bereiche in den Bereichen gebildet werden, in denen die Sperrschicht entfernt wird .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass in dem Ofendi f fusionsprozess gleichzeitig auf der Vorderseite ein dritter dotierter Bereich hergestellt wird, wobei der dritte dotierte Bereich auf der Vorderseite den zweiten Dotierstof f mit einer dritten Dotierungskonzentration umfasst , und die dritte Dotierungskonzentration niedriger als die zweite Dotierungskonzentration ist .
Die unterschiedlichen Dotierungen auf Vorderseite und Rückseite erlauben auf der Vorderseite eine sehr gute Passivierung und auf der Rückseite ermöglicht die höhere Dotierung das Kontaktieren mit einer Metallelektrode .
Die unterschiedlich hohen zweiten und dritten Dotierungskonzentrationen auf der Vorder- und Rückseite in einem einzigen Ofendi f fusionsschritt sind möglich, da der Di f fusionskoef fi zient in monokristallinem Sili zium, wie auf der Vorderseite , deutlich niedriger ist als der Korngrenzen-Di f fusionsparameter von Sili zium wie in der polykristallinen Schicht auf der Rückseite . Somit kann ein einziger Ofendi f fusionsschritt eine niedrig dotierte Vorderseite , nämlich den dritten dotierten Bereich, bilden und gleichzeitig die polykristalline Sili ziumschicht auf der Rückseite lokal überkompensieren und so die zweiten dotierten Bereiche bilden, indem signi fikant mehr Dotierstof f in die zweiten Bereiche eindi f fundiert .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass auf der Rückseite eine zweite dielektrische Schicht und/oder auf der Vorderseite und eine dritte dielektrische Schicht abgeschieden wird . Die zweite und/oder die dritte dielektrische Schicht dient dazu, die Oberfläche zu passivieren . Die dritte dielektrische Schicht kann zudem auf der Vorderseite den Lichteinfang optimieren, indem die Schicht als Antireflexionsschicht ausgebildet ist .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass die zweite dielektrische Schicht auf der Rückseite lokal in Bereichen entfernt wird, und auf der Rückseite Elektroden aufgebracht werden, und die Elektroden die ersten und zweiten Bereiche in den Bereichen, in denen die dielektrische Schicht entfernt wird, durch die zweite dielektrische Schicht hindurch kontaktieren . Das lokale Entfernen der zweiten dielektrischen Schicht kann beispielsweise durch nasschemisches Ätzen, Laserablation oder durch Einbrennen einer gedruckten Metallpaste erfolgen .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass , insbesondere vor dem Abscheiden einer zweiten und/oder dritten dielektrischen Schicht auf der Rückseite und/oder auf Vorderseite , Furchen hergestellt werden, wobei die Furchen die ersten und zweiten dotierten Bereiche auf der Rückseite wenigstens teilweise voneinander trennen .
Die Furchen können gemäß verschieden vorstehend in Bezug auf die Solarzelle beschriebenen Aus führungs formen ausgebildet werden .
Gemäß einer Aus führungs form ist vorgesehen, dass das Herstellen der Furchen die folgenden Schritte umfasst : Abscheiden einer Ätzbarriere auf der Rückseite ;
Lokales Entfernen der Ätzbarriere in Bereichen von aneinander angrenzenden ersten und zweiten dotierten Bereichen;
Ätzen, insbesondere nasschemisches Ätzen, zum Entfernen wenigstens eines Teils der polykristallinen Sili ziumschicht , insbesondere eines Teils der ersten und/oder zweiten dotierten Bereiche . Beim nasschemischen Ätzen kann auch wenigstens ein Teil der ersten dielektrischen Schicht und gegebenenfalls auch ein Teil des Halbleitersubstrats entfernt werden . Anschließend kann ein weiterer Ätzschritt zum Entfernen der Ätzbarriere ausgeführt werden . Das Lokale Entfernen der Ätzbarriere in Bereichen von aneinander angrenzenden ersten und zweiten dotierten Bereichen erfolgt beispielsweise mittels Laserbestrahlung . In einer weiteren Aus führungs form kann die Ätzbarriere bereits während dem Di f fusionsschritt wachsen . Während der Ofendi f fusion wächst ein Sili ziumoxid in den zweiten Bereichen und kann als Ätzbarriere genutzt werden . In diesem Fall ist ein weiterer Abscheidungsschritt einer Ätzbarriere nicht zwingend erforderlich .
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung von einer ersten, einer zweiten oder einer dritten dielektrischen Schicht die Rede ist , kann diese j eweils als eine einzelne Schicht oder als ein Schichtstapel umfassend wenigstens zwei Schichten ausgebildet sein .
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Abscheiden eine Deposition der genannten Elemente , beispielsweise einer Schicht , verstanden . Beim Wachsen reagiert ein Material , beispielsweise das Substratmaterial oder ein Schichtmaterial , mit einem weiteren Element aus der Atmosphäre , beispielsweise Si + O2 = SiO2 -
Weitere Merkmale , Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind . Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw . Darstellung in der Beschreibung bzw . in der Zeichnung .
In der Zeichnung zeigt :
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Solarzelle gemäß einer ersten Aus führungs form,
Fig . 2 zeigt eine erfindungsgemäße Solarzelle gemäß einer zweiten Aus führungs form,
Fig . 3 bis 11 zeigen Solarzellen gemäß den Figuren 1 und/oder 2 in verschiedenen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung der Solarzellen .
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen schematischen Schnitt durch die Solarzelle 10 mit einem Halbleitersubstrat 12 , insbesondere einem Sili ziumsubstrat , einer Rückseite 14 und einer im Betrieb der Sonne zugewandten Vorderseite 16 . Das Halbleitersubstrat 12 ist entweder n-Typ oder p-Typ dotiert . Der gezeigte Ausschnitt stellt nur einen Bruchteil der Solarzelle 10 dar, der sich insbesondere periodisch über den gesamten Wafer wiederholt . Unterbrechungen können beispielsweise in senkrechter Richtung, in die Zeichenebene hinein, zum Querschnitt an Stellen vorgesehen werden, an denen Stromsammelschienen vorgesehen werden . Der größte Bereich oder sogar die gesamte Fläche der Rückseite 14 des Substrats 12 ist , insbesondere unter einer polykristallinen Schicht 20a, durch eine erste dielektrische Schicht 18 , passiviert . Die erste dielektrische Schicht 18 ist beispielsweise aus Sili ziumdioxid . Die erste dielektrische Schicht 18 umfasst beispielsweise eine Dicke von 4-50 Ä.
Auf der ersten dielektrischen Schicht 18 ist eine polykristalline Sili ziumschicht 20a umfassend erste dotierte Bereiche 20 und zweite dotierte Bereiche 22 angeordnet . Die polykristalline Sili ziumschicht 20a kann auch Unterbrechungen aufweisen, wie in Fig . 1 dargestellt . Die polykristalline Sili ziumschicht 20a muss also nicht zwingend durchgehend ausgebildet sein . Die zweiten dotierten Bereiche 22 umfassen eine zu den ersten Bereichen 20 entgegengesetzte Polarität . In ersten dotierten Bereichen 20 ist die polykristalline Sili ziumschicht mit einem ersten Dotierstof f mit einer ersten Dotierungskonzentration CI dotiert . Bei einem ersten Dotierstof f handelt es sich beispielsweise um Akzeptoren wie Bor, Gallium oder Aluminium . In zweiten dotierten Bereichen 22 ist die polykristalline Sili ziumschicht 20a ebenfalls mit dem ersten Dotierstof f mit der ersten Dotierungskonzentration CI , oder zumindest einer ähnlich hohen Dotierungskonzentration, dotiert . Im Beispiel ist in den zweiten dotierten Bereichen 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a das gleiche Akzeptorelement , beispielsweise Bor, Gallium oder Aluminium, mit einer ähnlichen Dotierkonzentration CI vorhanden . Zusätzlich ist den zweiten dotierten Bereichen 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a ein zweiter Dotierstof f in einer zweiten Dotierungskonzentration C2 vorhanden, wobei zweite Dotierstof f eine zum ersten Dotierstof f entgegengesetzte Polarität erzeugt . Bei einem zweiten Dotierstof f handelt es sich beispielsweise um Donatorenelemente wie Phosphor, Antimon oder Selen . Die zweite Dotierungskonzentration C2 ist sehr viel höher als die erste Dotierungskonzentration . Im Beispiel führt dies zu einer Überkompensation der Akzeptorenkonzentration mit der Donatorenkonzentration . Alternativ können in einer anderen Aus führungs form die Akzeptoren und Donatoren auch vertauscht werden, sodass die Donatoren der erste Dotierstof f sind und die Akzeptoren die Donatoren in den zweiten Bereichen 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a überkompensieren .
Diese überkompensierten Bereiche der polykristallinen Sili ziumschicht sind das Ergebnis eines Herstellungsschritts , der die Komplexität des gesamten Herstellungsprozesses verringert . Dies wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 11 erläutert .
Die Vorderseite 16 der Solarzelle 10 umfasst einen dritten dotierten Bereich 24 . Der dritte dotierte Bereich 24 umfasst ebenfalls den zweiten Dotierstof f aber mit einer dritten Dotierungskonzentration C3 . Die dritte Dotierungskonzentration C3 ist niedriger als die zweite Dotierungskonzentration C2 . Die Konzentration der Dotierstof fe in dem dritten dotierten Bereich 24 ist deutlich geringer als in den zweiten Bereichen 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a auf der Rückseite 14 . Dies liegt daran, dass der Korngrenzen-Di f fusionsparameter in der polykristallinen Sili ziumschicht 20a in den Bereichen 22 deutlich höher ist als der Di f fusionskoef fi zient in monokristallinem Sili zium, wie auf der Vorderseite 16 des Substrats 12 .
Gemäß der in Figur 1 dargestellten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten dotierten Bereiche 20 , 22 durch Furchen 26 getrennt . Die Furchen können sich beispielsweise nur teilweise in die polykristalline Sili ziumschicht 20a erstrecken und diese Schicht nicht vollständig trennen . Die Furchen 26 können auch sich vollständig durch die polykristalline Sili ziumschicht 20a erstrecken . Die Furchen können sich auch in oder durch die erste dielektrische Schicht 18 erstrecken . Die Furchen 26 können sich auch zusätzlich in das Halbleitersubstrat 12 erstrecken .
Gemäß Figur 1 erstrecken sich die Furchen 26 beispielsweise bis an die Oberfläche des Halbleitersubstrats 12 . In diesem Fall durchdringen die Furchen 26 also sowohl die polykristalline Sili ziumschicht 20a als auch die erste dielektrische Schicht 18 .
Figur 2 zeigt eine weitere Aus führungs form der vorliegenden Erfindung . Hier liegen die ersten und zweiten Bereiche 20 , 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a nebeneinander und kontaktieren sich . Eine zweite dielektrische Schicht 28 bedeckt die Rückseite der Solarzelle 10 , einschließlich der ersten und zweiten dotierten Bereiche 20 , 22 , und die Furchen 26 . Die zweite dielektrische Schicht 28 passiviert beispielsweise die Oberfläche . Eine dritte dielektrische Schicht 30 ist auf der Vorderseite 16 vorgesehen . Die dritte dielektrische Schicht 30 passiviert die Vorderseite 16 und verringert die Reflexion von auf tref fender Strahlung während des Betriebs der Solarzelle .
Die zweite dielektrische Schicht 28 ist lokal in Bereichen 32 entfernt . In diesen Bereichen 32 kontaktieren Elektroden 34 , 36 die polykristalline Sili ziumschicht 20a . Die Elektroden 34 , 36 kontaktieren entweder einen ersten dotierten Bereich 20 oder einen zweiten dotierten Bereich 22 und bilden so Elektroden mit einer ersten Polarität 34 bzw . einer zweiten Polarität 36 .
Figur 3 zeigt ein Halbleitersubstrat 12 . Beispielsweise wurde bereits ein erster nasschemischer Ätzschritt , bei dem beispielsweise die Rückseite 14 poliert und die Vorderseite 16 texturiert wurde , durchgeführt . In einer anderen Aus führungs form kann das Halbleitersubstrat 12 auch vollständig poliert oder vollständig texturiert vorliegen . Das Halbleitersubstrat 12 ist entweder n- oder p-dotiert .
Figur 4 zeigt das Halbleitersubstrat 12 mit ersten, insbesondere dünnen, dielektrische Schicht 18 und einer dotierten polykristallinen Sili ziumschicht 20a mit einer ersten Polarität und einer Sperrschicht 21 auf der Rückseite 14 . Die Sperrschicht 21 dient in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt als Di f fusionsbarriere . Einige oder alle dieser Schichten können auch, insbesondere parasitär, auf der Vorderseite 16 wachsen oder abgeschieden werden . In diesem Fall werden die Schichten anschließend von der Vorderseite wieder entfernt .
Vorzugsweise können alle drei Schichten mittels eines einzigen Werkzeugs wachsen oder abgeschieden werden . Die erste dielektrische Schicht 18 kann ein Sili ziumoxid mit einer Dicke von 5-40 Ä sein, die dotierte polykristalline Sili ziumschicht 20a kann mit einem p-Typ-Dotierstof f , beispielsweise Bor, mit einer Dotierungskonzentration CI dotiert sein und die Sperrschicht 21 kann eine Sili ziumnitridschicht oder Sili ziumoxidschicht sein . Andere dielektrische Schichten, Schichtstapel oder Sperrschichten mit ähnlichen Eigenschaften können auch verwendet werden . Die Dotierstof fe in der polykristallinen Sili ziumschicht 20a können auch andere Akzeptoren wie Gallium oder Aluminium oder Donatoren wie Phosphor, Selen oder Antimon sein . Mit Donatoren wird eine n-Typ-Schicht gebildet .
Wie in Figur 5 dargestellt ist , wird die Sperrschicht 21 in Bereichen 23 auf der Rückseite 14 lokal entfernt . Dies erfolgt beispielsweise in regelmäßigen Abständen . Unterbrechungen dieses , insbesondere regelmäßigen, Musters können beispielsweise in senkrechter Richtung zum dargestellten Querschnitt , also in die Zeichenebene hinein, in solchen Bereichen auftreten, in denen sich Stromsammelschienen für Elektroden befinden oder vorgesehen werden. Die lokale Entfernung der Sperrschicht 21 kann beispielsweise durch Laserbestrahlung oder ein Maskierungsverfahren erfolgen. In einer anderen Aus führungs form des Herstellungsverfahrens wird die Sperrschicht 21 bereits durch eine Maske abgeschieden, so dass die strukturierte Sperrschicht 21 mit Öffnungen in Bereichen 23 nicht lokal entfernt werden muss. Für den Fall, dass eine der unter Bezugnahme auf Fig. 4 genannten Schichten 18, 20, 21 auf der Vorderseite 16 gewachsen ist oder abgeschieden wurde, kann es von Vorteil sein, diese Schichten spätestens vor dem nächsten Prozessschritt auf der Vorderseite 16 zu entfernen.
Das Halbleitersubstrat 12 wird schließlich einer Hochtemperaturdiffusion, auch Ofendiffusion genannt, einem zweiten Dotierstoff ausgesetzt. Dadurch werden in der polykristallinen Siliziumschicht 20a die zweiten dotierten Bereiche in den Bereichen 23 gebildet. Wenn die polykristalline Siliziumschicht 20a beispielsweise mit Bor p-dotiert ist, kann der zweite Dotierstoff Phosphor sein, was zu einer n-Dotierung der polykristallinen Siliziumschicht 20a in den Bereichen 23 führt, wenn die Dotierungskonzentration des zweiten Dotierstoffes C2 die Dotierungskonzentration des ersten Dotierstoffes CI überschreitet. Während der Ofendiffusion diffundiert der zweite Dotierstoff lokal in den Bereichen 23 in die polykristalline Siliziumschicht 20a und auf der Vorderseite 16 in das Halbleitersubstrat 12, wie in Figur 6 dargestellt. Dadurch werden auf der Rückseite die zweiten dotierten Bereiche 22 in den Bereichen 23 gebildet. Die ersten dotierten Bereiche 20, sind die Bereiche der polykristallinen Siliziumschicht 20a, die durch die Sperrschicht 21 bedeckt sind, sodass in diesen Bereichen keine Diffusion stattfindet. Auf der Vorderseite 16 wird der dritte dotierte Bereich 24 gebildet.
In der polykristallinen Siliziumschicht 20a auf der Rückseite 14 ist die Diffusion des zweiten Dotierstoffs in den Bereichen 23 deutlich höher als im monokristallinen Halbleitersubstrat 12 auf der Vorderseite 16, da der Korngrenzen-Dif fusionsparameter auf der Rückseite 14 deutlich höher ist als der Diffusionskoeffizient in monokristallinem Silizium, auf der Vorderseite 16.
Daher kann der Diffusionsprozess so gestaltet werden, dass in den zweiten Bereichen 22 der polykristallinen Siliziumschicht 20a die zweite Dotierungskonzentration C2 des zweiten Dotierstoffs die erste Dotierungskonzentration CI des ersten Dotierstoffs übersteigt, wodurch der erste Dotierstoff überkompensiert wird und die zweiten dotierten Bereiche 22 mit einer zu den ersten dotierten Bereichen 20 entgegengesetzten Polarität entstehen. Auf der Vorderseite 16 bildet die geringere Diffusion des zweiten Dotierstoffs den dritten dotierten Bereich 24 mit einer niedrigeren dritten Dotierkonzentration C3, die eine hervorragende Oberflächenpassivierung mit anschließend aufgebrachten Passivierungsschichten ermöglicht. Das Verfahren ist deswegen sehr vorteilhaft, da erstens nur ein Abscheidungsschritt einer polykristallinen Siliziumschicht 20a erforderlich ist, und zweitens die Dotierung der zweiten Polarität der zweiten Bereiche 22 auf der Rückseite 14 gleichzeitig mit der Dotierung des dritten dotierten Bereichs 24 auf der Vorderseite 16 durchgeführt wird .
Figur 7a zeigt einen optionalen Schritt einer bevorzugten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens . Auf der Rückseite 14 wird eine Ätzbarriere 25 und auf der Vorderseite 16 eine weitere Ätzbarriere 27 abgeschieden, oder wächst dort . Die Sperrschicht 21 kann in einem vorhergehenden Schritt entfernt werden . Alternativ kann die weitere Ätzbarriere 25 die Sperrschicht 21 bedecken, oder wenn die Ätzbarriere 25 wächst , kann vorgesehen sein, dass die Ätzbarriere 25 nur in den Bereichen 23 wächst . Bei allen Aus führungs formen bedeckt die einzelne Ätzbarriere 25 oder die Kombination aus Sperrschicht 21 und Ätzbarriere 25 nach diesem Verfahrensschritt die gesamte Rückseite 14 . Die Ätzbarrieren 25 , 27 können sich auch während des in Fig . 6 dargestellten Di f fusionsschritts gebildet haben, wenn eine Sili ziumoxidschicht , z . B . ein Phosphorsilikatglas , auf der Sili ziumoberfläche wächst , so dass kein zusätzlicher Verarbeitungsschritt erforderlich wäre . Im Folgenden wird die Ätzbarriere 25 oder die Kombination der Sperrschicht 21 und der Ätzbarriere 25 auf der Rückseite 14 als Ätzbarriere 25 bezeichnet .
In einem weiteren Verfahrensschritt dieser bevorzugten Aus führungs form wird die Ätzbarriere 25 in Bereichen 26a, beispielsweise durch Laserbestrahlung, entfernt . Die Bereiche 26a befinden sich im Bereich der angrenzenden ersten und zweiten dotierten Bereiche 20 , 22 , wie beispielsweise in Fig . 8a dargestellt . Die Bereiche 26a können alternativ aber auch nur in den ersten dotierten Bereichen 20 oder nur in den zweiten dotierten Bereichen 22 liegen .
Figur 9a zeigt die bevorzugte Aus führungs form, wobei Furchen 26 ausgebildet wurden . Dies erfolgt beispielsweise durch nasschemisches Ätzen . Beispielsweise wird zunächst in einem Sili ziumätzen in den Bereichen 26a ein Teil der polykristallinen Sili ziumschicht 20a entfernt . In einer Aus führungs form werden in einem weiteren anschließenden Ätzen die Ätzbarrieren 25 , 27 entfernt . Die Ätzbarrieren 25 , 27 wurden vorteilhafterweise so gewählt , dass diese gegenüber dem Sili ziumätzen stabil sind, beziehungsweise so , dass die Ätzrate der Ätzbarrieren signi fikant langsamer ist als die Ätzrate von Sili zium . So wird nur die polykristalline Sili ziumschicht 20a in den Bereichen 26a geätzt , um Furchen 26 zu bilden und so die ersten und zweiten dotierten Bereiche 20 , 22 der polykristallinen Sili ziumschichten 20a vollständig oder teilweise voneinander zu trennen . Gemäß der in Fig . 9a dargestellten Aus führungs form erstrecken sich die Furchen 26 nur teilweise in die polykristalline Sili ziumschicht 20a, wobei ein Teil der polykristallinen Sili ziumschicht 20a auf dem Boden der Furchen 26 verbleibt . Weitere bereits beschriebene Aus führungs formen der Furchen 26 sind denkbar . Gemäß einer weiteren Aus führungs form werden die Ätzbarrieren 25 , 27 nicht entfernt und passivieren die Oberflächen . Gemäß Fig . 10a wird auf der Rückseite 14 und der
Vorderseite 16 eine zweite dielektrische Schicht 28 und eine dritte dielektrische Schicht 30 aufgebracht . Die dielektrischen Schichten 28 , 30 können beispielsweise aus einem Sili ziumoxid/Sili ziumnitrid-Stapel , einem Aluminiumoxid/Sili ziumnitrid-Stapel , nur aus Sili ziumnitrid oder einer anderen geeigneten Schicht bestehen . Die Dicke und Zusammensetzung der dielektrischen Schichten 28 , 30 kann unterschiedlich sein und sollte die Rekombination an der Oberfläche der monokristallinen Vorderseite 16 , an der Grenz fläche zwischen der ersten dielektrischen Schicht 18 und dem Halbleitersubstrat 12 und in den Furchen 26 , in denen das Halbleitersubstrat 12 nicht von der ersten dielektrischen Schicht 18 oder den ersten und zweiten dotierten Bereichen 20 , 22 bedeckt ist , verringern . Die zweite dielektrische Schicht 28 auf der Rückseite 14 deckt also vorteilhafterweise alle freiliegenden Oberflächen der Rückseite 14 ab . Darüber hinaus können die dielektrischen Schichten 28 , 30 den Lichteinfang optimieren, indem sie als Antireflexionsschichten wirken . Wenn in einem vorangegangenen Schritt die Ätzbarrieren 25 , 27 nicht entfernt wurden, kann das Aufbringen weiterer Schichten 28 , 30 von Vorteil sein .
Figur 11a zeigt die Solarzelle 10 nach dem Aufbringen von Elektroden 34 , 36 auf die Rückseite 14 , die entweder die ersten dotierten Bereiche 20 oder die zweiten dotierten Bereiche 22 kontaktieren . Um einen Kontakt zu den ersten und zweiten dotierten Bereichen 20 , 22 herzustellen, muss die dielektrische Schicht 28 in Bereichen 32 unterhalb der Elektroden durchdrungen werden . Entweder kann vor dem Aufbringen der Elektroden die dielektrische Schicht 28 in den Bereichen 32 lokal entfernt werden, zum Beispiel durch Laserbestrahlung, oder, wenn die Elektroden 34 , 36 als Metallpaste mit anschließendem Brennen abgeschieden werden, lösen Teile der Paste die dielektrische Schicht 28 auf und ermöglichen so einen Kontakt zwischen den Elektroden 34 , 36 und den ersten und zweiten dotierten Bereichen 20 , 22 .
Alternativ können anschließend an die Herstellungsschritte gemäß den Figuren 1 bis 6 anstatt der Schritte gemäß den Figuren 7a bis 11a auch die Schritte gemäß Figuren 7b und 8b durchgeführt werden .
Nach der Ofendi f fusion des zweiten Dotierstof fs wird das Halbleitersubstrat 12 beispielsweise gereinigt , wobei die Sperrschicht 21 und gegebenenfalls andere Oxide , z . B . ein Phosphorsilikatglas , die während der vorangegangenen Prozessschritte gewachsen sein könnten, entfernt werden .
Eine zweite dielektrische Schicht 28 und eine dritte dielektrische Schicht 30 wird auf der Rückseite 14 bzw . der Vorderseite 16 abgeschieden, wie in Fig . 7b gezeigt . Die dielektrischen Schichten 28 , 30 können z . B . aus einem Sili ziumoxid/ Sili ziumnitrid- Stapel , einem Aluminiumoxid/Sili ziumnitrid-Stapel , nur aus Sili ziumnitrid oder einer anderen geeigneten Schicht bestehen . Die Dicke und Zusammensetzung der dielektrischen Schichten 28 , 30 kann unterschiedlich sein und sollte die Rekombination an der monokristallinen Oberfläche der Vorderseite 16 und an der Grenz fläche zwischen der ersten dielektrischen Schicht 18 und dem Halbleitersubstrat 12 verringern . Daher bedeckt die dielektrische Schicht 28 vorteilhafterweise auf der Rückseite die ersten und zweiten dotierten Bereiche 20 , 22 der polykristallinen Sili ziumschicht 20a . Zusätzlich können die dielektrischen Schichten 28 , 30 den Lichteinfang optimieren, indem sie als Antireflexionsschichten wirken .
Abb . 8b zeigt eine Solarzelle 10 einer anderen Aus führungs form nach dem Aufbringen von Elektroden 34 , 36 auf der Rückseite 14 , die entweder die ersten dotierten Bereiche 20 oder die zweiten dotierten Bereiche 22 kontaktieren . Um einen Kontakt zu den ersten und zweiten dotierten Bereichen 20 , 22 herzustellen, muss die dielektrische Schicht 28 in Bereichen 32 unterhalb der Elektroden durchdrungen werden . Entweder kann vor dem Aufbringen der Elektroden die dielektrische Schicht 28 in den Bereichen 32 lokal entfernt werden, zum Beispiel durch Laserbestrahlung, oder, wenn die Elektroden 34 , 36 als Metallpaste mit anschließendem Brennen abgeschieden werden, lösen Teile der Paste die dielektrische Schicht 28 auf und ermöglichen so einen Kontakt zwischen den Elektroden 34 , 36 und den ersten und zweiten dotierten Bereichen 20 , 22 ,

Claims

Patentansprüche Rückseitenkontaktierte Solarzelle (10) umfassend ein Halbleitersubstrat (12) , insbesondere ein n- oder p- dotiertes Siliziumsubstrat (12) umfassend eine Vorderseite (16) und eine Rückseite (14) , wobei die Solarzelle (10) auf der Rückseite Elektroden (34) einer ersten Polarität und Elektroden (36) einen zweiten, entgegengesetzten Polarität umfasst, wobei die Elektroden (34, 36) jeweils entweder einen ersten dotierten Bereich (20) einer ersten Polarität einer polykristallinen Siliziumschicht (20a) oder einen zweiten dotierten Bereich (22) einer entgegengesetzten, zweiten Polarität der polykristallinen Siliziumschicht (20a) auf der Rückseite (14) kontaktieren, und wobei zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der polykristallinen Siliziumschicht (20a) eine erste dielektrische Schicht (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) einen ersten Dotierstoff mit einer ersten Dotierungskonzentration (CI) umfassen, und die zweiten dotierten Bereiche (22) einen zweiten Dotierstoff mit einer zweiten Dotierungskonzentration (C2) umfassen, wobei der zweite Dotierstoff eine zum ersten Dotierstoff entgegengesetzte Polarität erzeugt, und wobei die zweite Dotierungskonzentration (C2) höher als die erste Dotierungskonzentration (CI) ist, so dass der zweite Dotierstoff den ersten Dotierstoff überkompensiert und somit die zweite Polarität der zweiten dotierten Bereiche (22) gebildet ist.
2. Solarzelle (10) nach Anspruch 1, wobei auf der Vorderseite (16) ein dritter dotierter Bereich (24) vorgesehen ist, wobei der dritte dotierte Bereich (24) auf der Vorderseite den zweiten Dotierstoff mit einer dritten Dotierungskonzentration (C3) umfasst, und die dritte Dotierungskonzentration (C3) niedriger als die zweite Dotierungskonzentration (C2) ist.
3. Solarzelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) auf der Rückseite (14) durch Furchen (26) wenigstens teilweise voneinander getrennt sind.
4. Solarzelle (10) nach Anspruch 3, wobei die Furchen (26) wenigstens teilweise in der polykristallinen Schicht (20a) ausgebildet sind, und wobei in den Furchen (26) wenigstens teilweise polykristalline Schicht (20a) restiert ist, so dass ein Boden einer jeweiligen Furche (26) durch die polykristalline Schicht (20a) gebildet wird.
5. Solarzelle (10) nach Anspruch 3, wobei die Furchen (26) in der polykristallinen Schicht (20a) ausgebildet sind und die polykristalline Schicht (20a) durchdringen, so dass ein Boden einer jeweiligen Furche (26) durch die erste dielektrische Schicht (18) gebildet wird.
6. Solarzelle (10) nach Anspruch 3, wobei die Furchen (26) die polykristalline Schicht (20a) vollständig durchdringen und die erste dielektrische Schicht (18) zumindest teilweise durchdringen.
7. Solarzelle (10) nach Anspruch 6, wobei die Furchen (26) die erste dielektrische Schicht (18) vollständig durchdringen und zumindest teilweise in dem Halbleitersubstrat (12) ausgebildet sind.
8. Solarzelle (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Rückseite eine zweite dielektrische Schicht (28) vorgesehen ist, wobei die zweite dielektrische Schicht (28) auf der Rückseite (14) die ersten und zweiten Bereiche (20, 22) und/oder die Furchen (26) bedeckt.
9. Solarzelle (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine dritte dielektrische Schicht (30) auf der Vorderseite (16) der Solarzelle ausgebildet ist.
10. Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Abscheiden einer ersten dielektrischen Schicht (18) auf der Rückseite (14) und/oder der Vorderseite (16) eines Halbleitersubstrats (12) ;
Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht (20a) umfassend einen Dotierstoff einer ersten Polarität auf der ersten dielektrischen Schicht (18) auf der Rückseite (14) ;
Herstellen von ersten dotierten Bereichen (20) einer ersten Polarität und zweiten dotierten Bereichen (22) einer entgegengesetzten, zweiten Polarität in der polykristallinen Siliziumschicht (20a) , derart dass die ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) den ersten Dotierstoff mit einer ersten Dotierungskonzentration (CI) umfassen, und die zweiten dotierten Bereiche (22) einen zweiten Dotierstoff mit einer zweiten Dotierungskonzentration (C2) umfassen, wobei der zweite Dotierstoff eine zum ersten Dotierstoff entgegengesetzte Polarität erzeugt, und wobei die zweite Dotierungskonzentration (C2) höher als die erste Dotierungskonzentration (CI) ist, so dass der zweite Dotierstoff den ersten Dotierstoff überkompensiert und somit die zweite Polarität der zweiten Bereiche (22) gebildet ist. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Herstellen der ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) umfasst : Abscheiden einer ersten Sperrschicht (21) auf der polykristallinen Siliziumschicht (20a) , Lokales Entfernen der Sperrschicht (21) in Bereichen (23) auf der Rückseite (14) ;
Lokales Überkompensieren der polykristallinen Siliziumschicht (20a) in einem Ofendiffusionsprozess in Bereichen (23) durch Diffundieren eines zweiten Dotierstoffs in das polykristalline Silizium in den Bereichen (23) , wobei die ersten dotierten Bereiche (20) in Bereichen der polykristallinen Siliziumschicht (20a) gebildet werden, in denen die Sperrschicht (21) nicht entfernt wird, und die zweiten dotierten Bereiche (22) in den Bereichen (23) gebildet werden, in denen die Sperrschicht (21) entfernt wird. Verfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Ofendiffusionsprozess gleichzeitig auf der Vorderseite (16) ein dritter dotierter Bereich (24) hergestellt wird, wobei der dritte dotierte Bereich (24) auf der Vorderseite den zweiten Dotierstoff mit einer dritten Dotierungskonzentration (C3) umfasst, und die dritte Dotierungskonzentration (C3) niedriger als die zweite Dotierungskonzentration (C2) ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei auf der Rückseite (14) eine zweite dielektrische Schicht (28) und/oder wobei auf der Vorderseite (16) und eine dritte dielektrische Schicht (30) abgeschieden wird. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite dielektrische Schicht (28) lokal in Bereichen (32) entfernt wird, und wobei auf der Rückseite (14) Elektroden (34, 36) aufgebracht werden, und die die Elektroden (34, 36) die ersten und zweiten Bereiche (20, 22) in den Bereichen (32) durch die zweite dielektrische Schicht (28) hindurch kontaktieren. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 oder 14, wobei insbesondere vor dem Abscheiden einer zweiten und/oder dritten dielektrischen Schicht (28, 30) auf der Rückseite (14) und/oder auf Vorderseite (16) , Furchen (26) hergestellt werden, wobei die Furchen (26) die ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) auf der Rückseite (14) wenigstens teilweise voneinander trennen. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Herstellen der Furchen (26) umfasst:
Abscheiden oder Wachsen einer Ätzbarriere (25) auf der Rückseite ;
Lokales Entfernen der Ätzbarriere (25) in Bereichen (26) , wobei die Bereiche (26) sich in Bereichen von aneinander angrenzenden ersten und zweiten dotierten Bereiche (20, 22) befinden;
Ätzen, insbesondere nasschemisches Ätzen, zum Entfernen wenigstens eines Teils der polykristallinen Siliziumschicht (20a) , insbesondere eines Teils der ersten und/oder zweiten dotierten Bereiche (20, 22) .
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