WO2024104976A1 - Solarzelle mit einer eine siliziumkarbidschicht umfassenden frontkontaktstruktur und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Solarzelle mit einer eine siliziumkarbidschicht umfassenden frontkontaktstruktur und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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WO2024104976A1
WO2024104976A1 PCT/EP2023/081645 EP2023081645W WO2024104976A1 WO 2024104976 A1 WO2024104976 A1 WO 2024104976A1 EP 2023081645 W EP2023081645 W EP 2023081645W WO 2024104976 A1 WO2024104976 A1 WO 2024104976A1
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WO
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layer
solar cell
silicon carbide
silicon
front side
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Robby Peibst
Tobias WIETLER
Jan Schmidt
Henning SCHULTE-HUXEL
Rolf Brendel
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Institut Für Solarenergieforschung Gmbh
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Definitions

  • Solar cells are used to convert light, particularly that emitted by the sun, into electrical energy. Such solar cells are also known as photovoltaic cells.
  • Solar cells generally comprise an absorber, which is also referred to as a base, and an emitter. Both the absorber and the emitter are usually made of a semiconducting material which has different conductivities for electrons and holes at least in certain areas, in order to make it n-conducting or p-conducting. The asymmetry in the conductivities is typically achieved by introducing dopants which cause charge carrier concentrations that differ by many orders of magnitude.
  • the semiconducting material is doped differently, ie with different dopants and/or with different Doping concentrations are doped, whereby the absorber and the emitter are usually doped in such a way that opposite conductivity types prevail in them. Due to the locally different conductivities, charge carrier pairs generated by light can be extracted spatially separately from the absorber and diverted via electrical contacts that contact the absorber on the one hand and the emitter on the other hand and fed to an external circuit.
  • a general aim is to be able to produce solar cells with the highest possible efficiency economically, i.e. at the lowest possible cost.
  • solar cell concepts have been continuously developed, making it possible to produce solar cell efficiencies of well over 22% industrially today, while at the same time the associated costs have been greatly reduced over time.
  • the efficiency of solar cells is influenced by many factors. These include, for example, the properties of semiconductor materials used to form the absorber and emitter, properties of dielectric or electrically conductive materials used to form additional layers (for example passivating layers, electrically conductive layers, anti-reflective layers, etc.), a geometric formation of different areas within the solar cell, for example through layers of different thicknesses and/or layers extending locally at different points, etc.
  • a solar cell comprises an absorber layer made of crystalline silicon, a front layer stack at least comprising a silicon oxide-containing front passivation layer and a silicon carbide layer, a back layer stack at least comprising a silicon oxide-containing back passivation layer and an emitter layer made of silicon, a front contact with a metal grid with several elongated metal fingers and a back contact.
  • the front passivation layer directly adjoins a front surface of the absorber layer.
  • the back passivation layer directly adjoins a back surface of the absorber layer.
  • the absorber layer and the silicon carbide layer are doped with the same doping type.
  • the absorber layer and the emitter layer are doped with doped with opposite doping types.
  • the silicon carbide layer can be formed intrinsically.
  • the front-side contact electrically contacts the silicon carbide layer, with the metal grid of the front-side contact directly bordering the silicon carbide layer.
  • the rear-side contact electrically contacts the emitter layer.
  • a method for producing a solar cell is described.
  • a substrate made of crystalline silicon is provided as an absorber layer
  • a front-side layer stack is produced comprising at least one silicon oxide-containing front-side passivation layer and a silicon carbide layer
  • a back-side layer stack is produced comprising at least one silicon oxide-containing back-side passivation layer and an emitter layer made of silicon
  • a front-side contact is produced with a metal grid with several elongated metal fingers
  • a back-side contact is produced.
  • the method steps mentioned can be carried out in the order given or in a different order.
  • the various layers and contacts are produced with the properties as defined for the solar cell according to an embodiment of the first aspect of the invention.
  • the present invention describes in particular a novel solar cell concept in which a special front side layer stack is deposited on a front side of a silicon absorber layer, which has a silicon oxide-containing front side passivation layer contacting the absorber layer and a silicon carbide layer, wherein the silicon carbide layer of the front side layer stack is in turn directly contacted by a metal grid of a front side contact.
  • a front-side structure enables a number of advantages such as very good front-side surface passivation of the absorber layer and thus low recombination losses, high optical transmission with low optical reflection and thus low optical losses, as well as low electrical series and contact resistances and thus low electrical losses.
  • the structure mentioned on the front of the absorber layer is combined with a special structure on the back of the absorber layer by depositing a special back-side layer stack there, which in turn has a silicon oxide-containing back-side passivation layer contacting the absorber layer and an emitter layer made of silicon, the emitter layer being electrically contacted by a back-side contact.
  • a rear-side structure enables a number of advantages such as very good rear-side surface passivation of the absorber layer, low electrical series and contact resistances, etc.
  • the structure on the front side of the absorber layer and the structure on the rear side of the absorber layer are specially adapted to work together synergistically and to bring about several advantages for the entire solar cell concept.
  • the front-side layer stack and the rear-side layer stack can be advantageously contacted with industrially well-established front and rear contacts in the form of, for example, screen-printed contacts.
  • the screen-printed contacts usually have to be fired in as part of a high-temperature step.
  • the silicon carbide layer in the front-side layer stack in particular can withstand such a high-temperature step well, i.e. it can largely retain its positive passivating, optical and electrical properties even when exposed to high temperatures of, for example, over 500°C or even over 700°C.
  • a solar cell according to the solar cell concept as described herein not only enables very high efficiencies, but can also be produced using industrially readily available and economically viable process technologies.
  • the solar cell concept described here aims to achieve very high efficiencies, i.e. preferably more than 23%, possibly even more than 25%, while at the same time being economically manufacturable on an industrial scale.
  • embodiments of the solar cell have a large number of features described in detail below, whereby the combination of these features can be important in order to achieve the desired synergy effects.
  • the absorber layer is configured to absorb a predominant proportion (i.e., for example, more than 50%, preferably more than 85% or even more than 95%) of the light power incident on the solar cell.
  • the absorber layer can also be referred to as the base of the solar cell.
  • the absorber layer can have a thickness of typically more than 50 pm, usually more than 100 pm or even more than 150 pm.
  • the absorber layer can be in the form of a wafer.
  • the absorber layer consists of crystalline silicon. To achieve the highest levels of efficiency, monocrystalline silicon is preferred for the absorber layer, but in principle multicrystalline or polycrystalline silicon could also be used.
  • the absorber layer is n-type doped or p-type doped.
  • dopants such as phosphorus to achieve n-type doping or boron or gallium to achieve p-type doping can be introduced into the silicon, ie for example diffused in or embedded during a deposition process.
  • the dopants can preferably be incorporated in the silicon with as homogeneous a doping concentration distribution as possible.
  • the absorber layer On the front side facing the incident light, the absorber layer has the front side layer stack.
  • the entire front side layer stack is significantly thinner than the absorber, i.e., for example, thinner than 1 pm or usually even thinner than 0.1 pm.
  • the front side layer stack comprises at least two layers, which preferably overlap essentially over the entire surface (i.e., for example, by more than 90%). Each individual layer can be homogeneous, i.e., have an essentially uniform thickness and/or homogeneous material properties.
  • the front side layer stack is configured, together with the front side contact, to enable a front contact for the solar cell that is optically highly transparent and at the same time very well passivated, with good electrical conduction properties.
  • the front side layer stack has a silicon oxide-containing front side passivation layer and a silicon carbide layer.
  • the front-side passivation layer can consist, for example, of silicon dioxide (SiC>2) or silicon oxynitride (SiO x N y ) or a mixture of these.
  • the front-side passivation layer directly borders the absorber layer, i.e. the absorber layer and the front-side passivation layer have a common interface.
  • the front-side passivation layer is formed with a very small layer thickness of, for example, less than 0.005 pm, preferably less than 0.002 pm.
  • the front-side passivation layer can also be referred to as a tunnel layer.
  • the front-side passivation layer can be formed in such a way that a large number of microscopic through-openings, also referred to as pin-holes, exist in it, through which charge carriers from the absorber layer can also pass into a further layer adjacent to the front-side passivation layer.
  • SiC silicon carbide
  • SiC silicon carbide
  • the material can have a certain Si excess or C excess, which can amount to up to 25%, for example depending on the processes used to manufacture it, such as PECVD processes.
  • This material has a larger band gap than silicon, of 1.55 eV - 3.2 eV, depending on the proportion of amorphous to crystalline phase and the polytype of the latter.
  • the silicon carbide layer can at best absorb very high-energy light, for example light with a wavelength of less than 800 nm, but is largely transparent to less energetic light.
  • the silicon carbide layer can be designed in such a way that its transparency, for example based on a standardized AM1.5 solar spectrum, is higher than 90%, preferably higher than 95% or even higher than 98% or 99%.
  • the degree of transparency of the silicon carbide layer can be influenced by the way in which it is produced and in particular by the crystalline properties with which it is generated.
  • the silicon carbide layer can be doped to achieve p-type or n-type conducting properties. The doping type used in the silicon carbide layer should match the doping type used in the absorber layer, i.e.
  • the absorber layer and the silicon carbide layer should either both be p-type or both n-type.
  • a doping concentration within the silicon carbide layer can typically be in a range of 1 e17 - 1 e21 cm -3 .
  • the silicon carbide layer can be designed with sufficient electrical conductivity overall to be able to transmit charge carriers coming from the absorber layer to the front contact with negligible resistance losses. Alternatively, the silicon carbide layer can be formed intrinsically.
  • the silicon carbide layer can be excellently suited to forming a transparent front contact for the solar cell.
  • the front contact can be formed with a metal grid made up of several elongated metal fingers.
  • the metal fingers can extend along large areas of the surface on the front of the solar cell and have lengths of several centimeters. However, the metal fingers should be as thin as possible, i.e. a width of the metal fingers should be less than 100 pm, preferably less than 50 pm or possibly even less than 30 pm.
  • a lateral distance between adjacent metal fingers can be greater than 0.5 mm or preferably greater than 1 mm.
  • a height of the metal fingers can be greater than 10 pm, preferably greater than 30 pm or even greater than 50 pm.
  • the metal fingers can be formed with a material that is very electrically conductive, such as silver, copper or aluminum. whereby aluminum or an aluminum-rich alloy may be preferred, particularly for cost reasons.
  • the metal grid may possibly have one or more busbars, which electrically connect several of the metal fingers to one another and onto which, for example, connectors can be soldered, with the aid of which neighboring solar cells can be electrically connected to one another.
  • the metal grid of the front-side contact can directly adjoin the silicon carbide layer.
  • no further, relatively well electrically conductive layer such as a layer of transparent conductive oxide (TCO) needs to be provided below the front-side contact, as is used in some other solar cell concepts to improve electrical transverse conductivity and thereby minimize electrical resistance losses.
  • TCO transparent conductive oxide
  • Such electrical transverse conductivity can be achieved to a sufficient extent in the solar cell concept described here, in particular by a sufficiently high doping concentration within the absorber layer, the additional charge carriers generated there by the incident light, and by suitably selected parameters within the front-side layer stack, in particular with regard to a layer thickness and a doping concentration of the silicon carbide layer.
  • the solar cell concept described makes it possible to dispense with an additional electrically conductive and yet transparent layer on the front surface of the solar cell and instead to directly contact the silicon carbide layer of the front-side layer stack with the metal grid of the front-side contact. This can reduce manufacturing costs and also avoid any problems when contacting a TCO layer, for example.
  • the absorber layer On the back side facing away from the incident light, the absorber layer has the back layer stack.
  • the entire back layer stack is significantly thinner than the absorber, ie, for example, thinner than 10 pm or usually even thinner than 2 pm, often in a layer thickness range of 20 nm - 200 nm.
  • the back layer stack comprises at least two layers, which preferably overlap essentially over the entire surface (ie, for example, by more than 90%). Each individual layer can be homogeneous, ie have an essentially uniform thickness and/or homogeneous material properties.
  • the back layer stack is preferably configured to passivate the back surface of the absorber layer very well and at the same time enable very efficient electrical contacting of the solar cell on its back.
  • the backside layer stack has a backside passivation layer containing silicon oxide and an emitter layer made of silicon.
  • the rear-side passivation layer can have the same or similar properties as the front-side passivation layer and can be directly adjacent to the rear surface of the absorber layer.
  • the emitter layer is generally doped in the opposite way to the absorber layer in order to create a pn junction at the transition between the two layers. Because the emitter layer and the pn junction created with it are formed on the back of the solar cell, the solar cell concept described can also be referred to as a back junction solar cell or BJ solar cell (back junction).
  • the emitter layer is electrically contacted by the back contact in order to be able to discharge the charge carriers selectively extracted there.
  • the back contact can comprise a metal grid or a metal layer for this purpose.
  • the back contact preferably contacts the emitter layer directly, i.e. without the intermediate storage of other layers such as a superficial, electrically conductive oxide layer.
  • the emitter layer should consist of silicon. Since this layer is almost exclusively reached by only one type of charge carrier (the other is at the interface oxide blocked), essentially no recombination takes place there, regardless of the defect density. Therefore, lower quality silicon such as amorphous, semi-crystalline or polycrystalline silicon can possibly be used for the emitter layer.
  • the aim is for the emitter layer to consist of crystalline silicon.
  • the silicon can preferably be monocrystalline, but optionally also multicrystalline or polycrystalline.
  • Crystalline silicon can have a high temperature resistance, i.e. it can be processed at high temperatures without its electronic properties deteriorating significantly.
  • crystalline silicon differs, for example, from amorphous silicon, such as that sometimes used in solar cell concepts in the form of hydrogenated amorphous silicon (aSi:H) and which often degrades significantly in terms of its electronic properties at process temperatures above 250°C or even above 500°C. It was recognized that the solar cell concept presented here is particularly well suited to using high-temperature steps in solar cell production, for example for firing screen-printed metal contacts, and that in this context forming the emitter layer with crystalline silicon is highly advantageous.
  • At least one method step carried out after the silicon carbide layer has been produced can be carried out as a high-temperature step at a temperature of more than 500 °C, preferably more than 700 °C. This has a positive effect that both the silicon carbide layer and the other layers provided in the solar cell can retain their positive physical properties, such as their good surface passivation, even after the high-temperature step has been carried out.
  • the emitter layer is doped with a doping concentration that results in a sheet resistance of the emitter layer of less than 500 ohms/sq, preferably less than 250 ohms/sq, 200 ohms/sq, 150 ohms/sq or 100 ohms/sq.
  • the emitter layer can be doped so heavily that there are enough free charge carriers in it to keep a sheet resistance so low that an electrical transverse conductivity within the emitter layer is sufficiently large to not have a significantly negative influence on electrical resistance losses within the solar cell.
  • the rear contact can preferably directly adjoin the emitter layer.
  • the emitter layer is designed with a sufficiently high electrical transverse conductivity, it is possible to dispense with the interposition of an additional electrically conductive layer such as a TCO layer between the emitter layer and the rear contact. This can reduce the complexity of a manufacturing process and thus reduce manufacturing costs.
  • the rear contact can be formed with a metal grid with several elongated metal fingers.
  • the rear contact can be designed in a similar way to the front contact described above.
  • a contact area between the metal grid and the emitter can be small compared to a total area of the emitter.
  • shading losses caused by the rear contact can also be kept low. Nevertheless, excessive series resistance caused by the rear contact can be avoided, especially in the event that the emitter layer is heavily doped and thus has a high electrical transverse conductivity.
  • the rear contact can be formed with a full-surface metal layer.
  • essentially the entire emitter layer can be covered with a metal layer in order to electrically contact it.
  • a high electrical transverse conductivity within the emitter layer can be largely dispensed with, so that it does not necessarily have to be heavily doped, or, alternatively, can be made very thin.
  • the full-surface metal layer can serve as a rear mirror for the solar cell.
  • the front side contact and/or the rear side contact can be formed with printed contacts, in particular with screen-printed contacts.
  • Printing metal contacts using printing processes such as screen printing is a frequently used process in solar cell production.
  • Contact structures made of a paste containing metal particles are printed through a suitably structured screen onto a substrate surface to be contacted.
  • the paste is then first dried and then fired in a so-called high-temperature firing step at high temperatures of typically over 500 °C, often over 700 °C. Since screen-printed contact is a technology that has long been tried and tested on an industrial scale and offers many advantages, the general aim is to be able to use this technology when developing new types of solar cell concepts.
  • the solar cell concept presented here it was recognized that the combination of the properties of the multiple layers used is particularly well suited to maintaining advantageous electrical and/or optical properties even after a high-temperature step has been carried out. Accordingly, the solar cell concept described is very well suited for industrial implementation using screen-printed contacts. Of course, in this context it is also conceivable to use the pastes used to form the contacts with other printing technologies such as Roll printing, stamp printing, inkjet printing, etc. and then fired.
  • the front-side contact and/or the back-side contact can be produced by applying a paste containing metal particles and then firing in a high-temperature step at a temperature of more than 500 °C, preferably more than 700 °C.
  • the front side contact and/or the rear side contact can consist predominantly of aluminum.
  • Aluminum has a high electrical conductivity and can be provided relatively inexpensively.
  • aluminum or aluminum-based alloys with additions of Ni, Ti or Co enable good contact with silicon carbide. These materials are also not as limited in their availability as the silver that is usually used for solar cell metallization.
  • the front side layer stack can additionally have a doped silicon layer, which is arranged between the silicon oxide-containing front side passivation layer and the silicon carbide layer.
  • Double layers made of a silicon oxide-containing layer and a doped silicon layer are known to be able to passivate surfaces of a silicon absorber layer extremely well.
  • the silicon layer of such a double layer can be doped more easily, more homogeneously and/or more highly than is the case for silicon carbide layers, for example, whereby the doping can have an advantageous effect on the passivation properties of the front side layer stack.
  • the doped silicon layer can be doped with the same doping type as the absorber layer.
  • a doping concentration can be in the range of 1e17 cm -3 (atoms per cubic centimeter) to 1 e21 cm -3 .
  • the doped silicon layer can have a layer thickness of between 2 nm and 40 nm.
  • the silicon carbide layer is formed with a layer thickness of between 5 nm and 70 nm.
  • the silicon carbide layer should be formed with a minimum thickness of at least 5 nm, preferably at least 10 nm, in order to be able to reliably contact it with the front-side contact, for example. If the silicon carbide layer is too thin, there may be a risk that it will be damaged when the front-side contact is created and, for example, a surface passivation to be achieved by the front-side passivation layer will be impaired as a result.
  • silicon carbide is relatively difficult to form with a high doping concentration and that the silicon carbide layer can therefore possibly cause considerable series resistance losses.
  • the strength of the series resistance losses can depend on a distance that charge carriers have to overcome between the absorber layer and the front-side contact. This distance in turn correlates with the layer thickness of the silicon carbide layer. Accordingly, it may be advantageous to design this layer thickness to be less than 70 nm, preferably less than 60 nm, 50 nm, 40 nm, 30 nm or even less than 20 nm.
  • the front side layer stack can additionally have an anti-reflective layer, which is arranged on a side of the silicon carbide layer opposite the front side passivation layer.
  • an anti-reflective layer generally consists of transparent, dielectric material such as silicon nitride, aluminum oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, etc.
  • a layer thickness of the anti-reflective layer is adjusted in such a way that, in view of the material-specific optical refractive index of the material used, interference occurs in light components that are incident on the opposite surfaces of the Anti-reflective layer, thereby minimizing the amount of reflected light.
  • the silicon carbide layer also acts like a layer of dielectric material due to its high optical transparency, so that by adjusting the thickness of the silicon carbide layer, it could be designed as an anti-reflective layer.
  • this may require the silicon carbide layer to be designed with a considerable layer thickness, which in turn can provoke series resistance losses, as explained in the previous paragraph.
  • this silicon carbide layer can only be made thin and a thicker, separate anti-reflective layer can be applied over it.
  • the anti-reflective layer can be applied in such a way that the front-side contact can reach the silicon carbide layer through the anti-reflective layer, or the anti-reflective layer can be applied subsequently after the front-side contact has been created, whereby in both cases the anti-reflective layer does not cause any significant additional series resistance loss.
  • the front-side contact can be produced after the anti-reflective layer has been produced and can first be deposited on the anti-reflective layer and then driven through the anti-reflective layer by means of a high-temperature step at a temperature of more than 500 °C.
  • the front-side contact can be produced, for example, by printing a metal-containing paste onto the anti-reflective layer and then firing this paste through the anti-reflective layer.
  • conventional screen printing pastes containing metal particles are able to easily penetrate anti-reflective layers, for example made of silicon nitride, during a firing step and then contact the layers underneath.
  • the front-side contact can be produced before the anti-reflective layer is produced, with the anti-reflective layer subsequently being removed locally in an area covering the front-side contact.
  • the front-side contact can be applied to a surface of the silicon carbide layer, whereby printing techniques can again be used for this, but other metallization methods can also be used.
  • the anti-reflective layer is then deposited over this front-side contact, for example by PECVD deposition or other deposition methods. Since the anti-reflective layer is difficult to deposit in a way that does not cover the front-side contact, the anti-reflective layer is preferably applied over the entire surface.
  • the front-side contact that is then covered must, however, generally be accessible at least locally from the outside in order to be able to make electrical contact with it, for example in order to be able to interconnect neighboring solar cells via connectors.
  • the anti-reflective layer can be partially or completely removed, at least locally in an area where it covers the front-side contact, so that the front-side contact is exposed locally and can be soldered, for example.
  • Various methods can be used to locally remove the anti-reflective layer.
  • the anti-reflective layer can be removed precisely using a laser.
  • the front side passivation layer and/or the silicon carbide layer can be deposited using a PECVD process (also known as plasma-assisted chemical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition).
  • PECVD process also known as plasma-assisted chemical vapor deposition or plasma enhanced chemical vapor deposition.
  • a front-side passivation layer deposited using a PECVD process can be of high quality and thus bring about very good surface passivation of the absorber layer.
  • the silicon carbide layer can also be deposited in high quality using PECVD, whereby dopants can be introduced directly during deposition in order to dope the silicon carbide layer in the desired manner. If necessary, an additional anti-reflective layer can also be deposited using PECVD processes.
  • PECVD processes have long been used for the industrial production of solar cells and represent a well-established technology that is also preferably used in new solar cell concepts. It can also be advantageous to produce several layers, e.g. the front-side passivation layer and the silicon carbide layer and possibly the anti-reflective layer, in a common PECVD deposition step or a single deposition device.
  • the front-side passivation layer can be produced by means of thermal and/or wet-chemical oxidation.
  • thermal oxidation a thin silicon dioxide layer is produced by exposing a silicon substrate in an oxygen-containing atmosphere to very high temperatures of usually over 600°C or often over 700°C, over 850°C or even over 1000°C.
  • the thermal oxidation can be carried out dry or wet, i.e. without or with the addition of water vapor.
  • silicon dioxide layers of very high quality can be produced, which can ensure very good surface passivation.
  • silicon dioxide layers can be produced by wet-chemical oxidation by exposing a silicon substrate to a liquid with oxidizing chemicals such as hydrogen peroxide or ozone.
  • a high-quality silicon dioxide layer produced in this way can be The front-side passivation layer can then be protected by the silicon carbide layer deposited on top of it and thus retain its good passivation properties in subsequent process steps, particularly in high-temperature steps.
  • the silicon carbide layer can be produced independently of the front-side passivation layer, ie in a separate process step, whereby deposition techniques such as PECVD deposition or sputtering can be used.
  • the silicon carbide layer can be formed along its lateral extent with a homogeneous layer thickness and/or with a homogeneous doping.
  • the silicon carbide layer can have the same thickness everywhere on the front side of the solar cell and does not need to be produced with locally varying layer thicknesses, which, for example, simplifies the deposition of such a silicon carbide layer.
  • Doping i.e. a doping concentration and a doping distribution, can also be homogeneous within the silicon carbide layer, which in turn makes its production easy.
  • a front-side emitter layer or a front-side passivation layer with locally varying layer thicknesses and/or doping, for example to enable low-resistance electrical contacting on the one hand and low recombination losses on the other (this concept is also known as a "selective emitter” in relation to an emitter layer).
  • this concept is also known as a "selective emitter” in relation to an emitter layer.
  • the homogeneous silicon carbide layer is easy to produce, it can also be easy to electrically contact it, particularly since, for example, thicker and/or more highly doped areas do not need to be hit during contacting, but the contacts can be applied to the silicon carbide layer without any special requirements for their positioning (i.e. without special alignment).
  • the silicon carbide layer can be crystalline, semi-crystalline or amorphous.
  • a crystalline formation can be understood here as that silicon and carbon atoms are arranged within the layer in an ordered, crystal-like structure, wherein the silicon carbide layer can be monocrystalline, multicrystalline, polycrystalline or nanocrystalline.
  • a partially crystalline formation can be understood to mean that at least partial areas of the layer are formed with the ordered, crystal-like structure, wherein other partial areas can be formed without such a structure, i.e. amorphous.
  • a type and degree of crystalline formation can be influenced by different factors during the production of the silicon carbide layer, in particular by a deposition temperature, a substrate temperature, a power within a plasma generated during the deposition, the optional performance of a subsequent temperature treatment (anneal) and the temperatures prevailing during this, etc. It has been observed that physical properties such as in particular an optical transparency of the silicon carbide layer depend on the type and degree of its crystallinity, wherein a higher crystallinity generally leads to a higher transparency and is thus advantageous for producing a transparent electrical contact for the proposed solar cell concept.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view through a portion of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 illustrates a possible process sequence for a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a solar cell 1 according to the invention.
  • the solar cell comprises an absorber layer 3, a front-side layer stack 5, a back-side layer stack 7, a front-side contact 9 and a back-side contact 11.
  • the absorber layer 3 consists of p-doped crystalline silicon of a silicon wafer which is provided with a texture on both opposite surfaces.
  • the front side layer stack 5 comprises a silicon oxide-containing front side passivation layer 13 and a silicon carbide layer 15.
  • the front side passivation layer 13 directly adjoins a front surface 17 of the absorber layer 3.
  • the back side layer stack comprises a silicon oxide-containing back side passivation layer 19 and an emitter layer 21 made of (partially) crystalline silicon.
  • the back side passivation layer 19 directly adjoins a back surface 23 of the absorber layer 3.
  • the front side passivation layer 13 and the The rear-side passivation layer 19 each consists of a dielectric such as silicon dioxide or silicon oxynitride. Both the front-side passivation layer 13 and the rear-side passivation layer 19 are so thin and/or provided with microscopic pin holes 25 that electrical charge carriers can tunnel through them or flow through the pin holes 25.
  • the absorber layer 3 and the silicon carbide layer 15 are doped with the same doping type, i.e. in the present example both are p-type doped.
  • the absorber layer 3 and the emitter layer 21 are doped with opposite doping types.
  • the front contact 9 is formed with a metal grid 27 with several elongated metal fingers 29.
  • the metal fingers 29 consist predominantly of aluminum and are applied to the front of the solar cell 1 using screen printing techniques.
  • the front contact 9 contacts the silicon carbide layer 15.
  • An electrical transverse conductivity within the silicon carbide layer 15 can be low, for example due to a low dopability of silicon carbide. However, increased series resistance losses can still be avoided by providing a sufficiently high doping concentration in the absorber layer 3 so that its transverse conductivity is used to support it. Accordingly, the metal grid 25 can directly adjoin the silicon carbide layer 15. An additional conductive layer that supports the transverse conductivity, such as a TCO layer, can therefore be dispensed with.
  • the rear contact 11 is also formed with a metal grid 31 with several elongated metal fingers 33, whereby the metal fingers 33 can be formed as screen-printed aluminum contacts analogously to the front metal grid 27.
  • the rear contact 11 electrically contacts the emitter layer 21.
  • the emitter layer 21 is so strongly n-type doped so that it has a sheet resistance of less than 250 ohms/sq, so that, due to sufficient electrical transverse conductivity, no excessive series resistance losses are caused despite the metal fingers 33 being laterally spaced apart from one another.
  • the rear metal igrid 31 can therefore directly adjoin the emitter layer 21 without an additional conductive layer such as a TCO layer having to be provided to support the transverse conductivity.
  • the rear contact can be formed with a full-surface metal layer.
  • the emitter layer's contribution to the electrical transverse conductivity can be dispensed with and thus the emitter layer does not necessarily have to be heavily doped.
  • the solar cell 1 further has an anti-reflective layer 35 on its front surface as part of the front layer stack 5 and an anti-reflective layer 37 on its rear surface as part of the rear layer stack 7.
  • the front-side layer stack 5 can additionally have a doped silicon layer 39, which is arranged between the front-side passivation layer 13 and the silicon carbide layer 15.
  • a doped silicon layer 39 is only indicated in dashed lines in Fig. 1 and limited to a left-hand partial area of the solar cell 1.
  • the solar cell 1 can be formed based on an n-type doped silicon wafer as an absorber layer 3.
  • the doping types of the further layers within the front side layer stack 5 and the back side layer stack 7 are opposite to those of the embodiment illustrated in Fig. 1.
  • Fig. 2 shows successive process steps of a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment. The process steps are briefly outlined with reference to the sub-figures as follows:
  • a front anti-reflective layer 35 and a rear anti-reflective layer 37 for example by PECVD deposition.
  • further process steps can be carried out, for example a short treatment with hydrofluoric acid (HF dip), drying and firing printed metal paste structures, driving in hydrogen from, for example, the silicon nitride anti-reflective layer, removing parts of the anti-reflective layer, for example by lasering solder pads, etc.
  • HF dip hydrofluoric acid
  • drying and firing printed metal paste structures driving in hydrogen from, for example, the silicon nitride anti-reflective layer, removing parts of the anti-reflective layer, for example by lasering solder pads, etc.
  • Anti-reflective layers are printed on and then fired through the anti-reflective layers.
  • Embodiments of the described solar cell concept aim to achieve various advantages over conventional solar cell concepts.
  • the thickness of the silicon nitride anti-reflective layer can be increased without taking into account the so-called metal spiking (i.e. excessive firing through of metal elements) that is to be feared in conventional solar cell concepts. screen-printed contacts such as aluminum contacts).
  • the fingers of the metal grid do not need to be precisely positioned relative to corresponding regions within the solar cell substrate (ie no precise alignment is necessary), which may also make it possible to use even thinner metal fingers for the contact structures.
  • recombination properties of the solar cell can be improved.
  • recombination at aluminum-doped p + regions can be avoided, surface passivation can be improved and synergies can be achieved by reducing other loss paths.
  • the transport properties or electrical properties of the solar cell can be improved.
  • lateral transport losses can be lower than with conventional, non-passivated contacts, for which the distances between the metal fingers must be as large as possible just to minimize recombination losses.

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Abstract

Es werden eine Solarzelle (1) und ein Verfahren zu deren Fertigung beschrieben. Die Solarzelle weist auf: eine Absorberschicht (3) aus kristallinem Silizium, einen Frontseitenschichtenstapel (5) zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten-Passivierungsschicht (13) und eine Siliziumkarbidschicht (15), einen Rückseitenschichtenstapel (7) zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (19) und eine Emitterschicht (21) aus Silizium, eine Frontseitenkontaktierung (9) mit einem Metallgrid (27) mit mehreren länglichen Metallfingern (29), und eine Rückseitenkontaktierung (11). Die Frontseiten-Passivierungsschicht grenzt direkt an eine frontseitige Oberfläche (17) der Absorberschicht an. Die Rückseiten-Passivierungsschicht grenzt direkt an eine rückseitige Oberfläche (23) der Absorberschicht an. Die Absorberschicht und die Siliziumkarbidschicht sind mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert oder die Siliziumkarbidschicht (15) ist intrinsisch ausgebildet. Die Absorberschicht und die Emitterschicht sind mit entgegengesetzten Dotierungstypen dotiert. Die Frontseitenkontaktierung kontaktiert die Siliziumkarbidschicht (15) elektrisch und das Metallgrid (27) der Frontseitenkontaktierung (9) grenzt direkt an die Siliziumkarbidschicht (15) an. Die Rückseitenkontaktierung (11) kontaktiert die Emitterschicht (21) elektrisch.

Description

SOLARZELLE MIT EINER EINE SILIZIUMKARBIDSCHICHT UMFASSENDEN
FRONTKONTAKTSTRUKTUR UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Solarzellen dienen dazu, Licht, wie es insbesondere von der Sonne eingestrahlt wird, in elektrische Energie umzuwandeln. Solche Solarzellen werden auch als Photovoltaikzellen bezeichnet.
Solarzellen umfassen im Allgemeinen einen Absorber, welcher auch als Basis bezeichnet wird, sowie einen Emitter. Sowohl der Absorber als auch der Emitter bestehen im Regelfall aus einem halbleitenden Material, welches zumindest bereichsweise unterschiedliche Leitfähigkeiten für Elektronen und Löcher aufweist, um es n-leitend oder p-leitend auszubilden. Typischer Weise wird die Asymmetrie in den Leitfähigkeiten durch das Einbringen von Dotierstoffen realisiert, die um viele Größenordnungen unterschiedliche Ladungsträgerkonzentration bedingen. In dem Absorber einerseits und in dem Emitter andererseits ist das halbleitende Material hierbei unterschiedlich dotiert, d.h. mit unterschiedlichen Dotierungsstoffen und/oder mit unterschiedlichen Dotierungskonzentrationen dotiert, wobei der Absorber und der Emitter meist derart dotiert werden, dass in ihnen entgegengesetzte Leitungstypen vorherrschen. Aufgrund der lokal unterschiedlichen Leitfähigkeiten können durch Licht erzeugte Ladungsträgerpaare räumlich getrennt aus dem Absorber extrahiert werden und über elektrische Kontaktierungen, welche den Absorber einerseits und den Emitter andererseits kontaktieren, abgeleitet und einem externen Schaltkreis zugeführt werden.
Ein generelles Bestreben ist es hierbei, Solarzellen mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad wirtschaftlich, d.h. bei möglichst geringen Kosten, herstellen zu können. In den vergangenen Jahrzehnten wurden Solarzellenkonzepte immer weiter entwickelt und dabei ermöglicht, dass heutzutage Solarzellenwirkungsgrade von deutlich über 22% industriell herstellbar sind und gleichzeitig die damit einhergehenden Kosten sich im Laufe der Zeit stark reduzieren ließen.
Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird hierbei von sehr vielen Faktoren beeinflusst. Dazu zählen beispielsweise die Eigenschaften von zur Bildung des Absorbers und des Emitters verwendeten Halbleitermaterialien, Eigenschaften von zur Bildung von zusätzlichen Schichten (beispielsweise passivierend wirkenden Schichten, elektrisch leitend wirkenden Schichten, Antireflexschichten, etc.) verwendeten dielektrischen oder elektrisch leitfähigen Materialien, eine geometrische Ausbildung verschiedener Bereiche innerhalb der Solarzelle beispielsweise durch verschieden dicke Schichten und/oder sich an verschiedenen Stellen lokal erstreckende Schichten, etc.
Eine Variationsmöglichkeit beispielsweise bei einer zur Bildung einer Solarzelle eingesetzten Schichtenfolge ist hierbei extrem hoch, sodass eine Auswahl einer konkreten Schichtenfolge bzw. Herstellungssequenz zum Implementieren eines neuen Solarzellenkonzepts sich als äußerst anspruchsvolle und komplexe Aufgabe herausgestellt hat. Zudem steht die Zielsetzung eines möglichst hohen Wirkungsgrades meist im Widerspruch zu der Zielsetzung einer möglichst kostengünstigen Implementierbarkeit des Solarzellenkonzepts. Beispielsweise können theoretische Überlegungen, Computermodellierungen und/oder Versuche im Labormaßstab darauf hindeuten, dass ein Solarzellenkonzept sehr hohe Wirkungsgrade ermöglicht, eine Implementierung des Solarzellenkonzepts aber beispielsweise eine Verwendung teurer Materialien, eine Verwendung teurer Maschinen, einen hohen Arbeitsaufwand und/oder einen hohen Energieaufwand, etc. erfordern, sodass die Implementierung für eine wirtschaftliche Umsetzung nicht infrage kommt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es kann daher ein Bedürfnis an einem neuartigen Solarzellenkonzept und einem neuartigen Verfahren zum Herstellen von Solarzellen bestehen, welche hohe Wirkungsgrade bei geringen Herstellungskosten ermöglichen.
Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit dem Gegenstand eines der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Solarzelle beschrieben. Die Solarzelle umfasst eine Absorberschicht aus kristallinem Silizium, einen Frontseitenschichtenstapel zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten- Passivierungsschicht und eine Siliziumkarbidschicht, einen Rückseitenschichtenstapel zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht und eine Emitterschicht aus Silizium, eine Frontseitenkontaktierung mit einem Metallgrid mit mehreren länglichen Metallfingern und eine Rückseitenkontaktierung. Die Frontseiten- Passivierungsschicht grenzt direkt an eine frontseitige Oberfläche der Absorberschicht an. Die Rückseiten-Passivierungsschicht grenzt direkt an eine rückseitige Oberfläche der Absorberschicht an. Die Absorberschicht und die Siliziumkarbidschicht sind mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert. Die Absorberschicht und die Emitterschicht sind mit entgegengesetzten Dotierungstypen dotiert. Alternativ kann die Siliziumkarbidschicht intrinsisch ausgebildet sein. Die Frontseitenkontaktierung kontaktiert die Siliziumkarbidschicht elektrisch, wobei das Metallgrid der Frontseitenkontaktierung direkt an die Siliziumkarbidschicht angrenzt. Die Rückseitenkontaktierung kontaktiert die Emitterschicht elektrisch.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein Substrat aus kristallinem Silizium als Absorberschicht bereitgestellt, ein Frontseitenschichtenstapel zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten-Passivierungsschicht und eine Siliziumkarbidschicht erzeugt, ein Rückseitenschichtenstapel zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht und eine Emitterschicht aus Silizium erzeugt, eine Frontseitenkontaktierung mit einem Metallgrid mit mehreren länglichen Metallfingern erzeugt und eine Rückseitenkontaktierung erzeugt. Die genannten Verfahrensschritte können dabei in der angegebenen oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden. Die verschiedenen Schichten und Kontaktierungen werden hierbei mit den Eigenschaften, wie sie für die Solarzelle gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung definiert sind, erzeugt.
Einleitend soll eine Grundidee zu Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist:
Die vorliegende Erfindung beschreibt insbesondere ein neuartiges Solarzellenkonzept, bei dem an einer Frontseite einer Silizium-Absorberschicht ein spezieller Frontseitenschichtenstapel angelagert wird, der eine die Absorberschicht kontaktierende Siliziumoxid-haltige Frontseiten-Passivierungsschicht sowie eine Siliziumkarbidschicht aufweist, wobei die Siliziumkarbidschicht des Frontseitenschichtenstapels ihrerseits direkt von einem Metallgrid einer Frontseitenkontaktierung kontaktiert wird. Wie weiter unten detailliert erläutert, ermöglicht ein solcher frontseitiger Aufbau eine Mehrzahl von Vorteilen wie beispielsweise eine sehr gute frontseitige Oberflächenpassivierung der Absorberschicht und damit geringe Rekombinationsverluste, eine hohe optische Transmission bei gleichzeitig geringer optischer Reflexion und damit geringe optische Verluste, sowie geringe elektrische Serien- und Kontaktwiderstände und somit geringe elektrische Verluste. Der genannte Aufbau an der Frontseite der Absorberschicht wird kombiniert mit einem speziellen Aufbau an der Rückseite der Absorberschicht, indem dort ein spezieller Rückseitenschichtenstapel angelagert wird, der wiederum eine die Absorberschicht kontaktierende Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht sowie eine Emitterschicht aus Silizium aufweist, wobei die Emitterschicht von einer Rückseitenkontaktierung elektrisch kontaktiert wird. Wie ebenfalls weiter unten detailliert erläutert, ermöglicht ein solcher rückseitiger Aufbau eine Mehrzahl von Vorteilen wie beispielsweise eine sehr gute rückseitige Oberflächenpassivierung der Absorberschicht, geringe elektrische Serien- und Kontaktwiderstände, etc. Der Aufbau an der Frontseite der Absorberschicht und der Aufbau an der Rückseite der Absorberschicht sind dabei in spezieller Weise dazu angepasst, synergetisch zusammenzuwirken und mehrere Vorteile für das gesamte Solarzellenkonzept zu bewirken. Insbesondere wurde erkannt, dass bei dem beschriebenen Aufbau der Frontseitenschichtenstapel und der Rückseitenschichtenstapel vorteilhaft mit industriell gut etablierten Front- und Rückseitenkontaktierungen in Form von beispielsweise siebgedruckten Kontakten kontaktiert werden kann. Bei dieser Technologie müssen die siebgedruckten Kontakte meist im Rahmen eines Hochtemperaturschrittes eingefeuert werden. Es wurde erkannt, dass insbesondere die Siliziumkarbidschicht in dem Frontseitenschichtenstapel einem solchen Hochtemperaturschritt gut standhalten kann, d.h. auch bei Einwirken hoher Temperaturen von beispielsweise über 500°C oder sogar über 700°C ihre positiven passivierenden, optischen und elektrischen Eigenschaften größtenteils bewahren kann. Dementsprechend wurde erkannt, dass eine Solarzelle gemäß dem Solarzellenkonzept, wie es hierin beschrieben wird, nicht nur sehr hohe Wirkungsgrade ermöglicht, sondern auch mit industriell gut verfügbaren und wirtschaftlich umsetzbaren Verfahrenstechniken hergestellt werden kann.
Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Vorteile von Ausführungsformen der Solarzelle sowie eines Verfahrens zu deren Fertigung in genaueren Einzelheiten beschrieben:
Das hierin beschriebene Solarzellenkonzept strebt die Realisierung sehr hoher Wirkungsgrade, d.h. vorzugsweise mehr als 23 %, eventuell sogar mehr als 25 %, bei gleichzeitig möglicher wirtschaftlicher Herstellbarkeit im industriellen Maßstab an. Hierzu weisen Ausführungsformen der Solarzelle eine Vielzahl von nachfolgend detailliert beschriebenen Merkmalen auf, wobei es auf die Kombination dieser Merkmale ankommen kann, um gewünschte Synergie-Effekte zu erreichen.
Die Absorberschicht ist dazu konfiguriert, einen überwiegenden Anteil (d.h. beispielsweise mehr als 50 %, vorzugweise mehr als 85 % oder sogar mehr als 95 %) einer auf die Solarzelle einfallenden Lichtleistung zu absorbieren. Die Absorberschicht kann hierbei auch als Basis der Solarzelle bezeichnet werden. Die Absorberschicht kann eine Dicke von typischerweise mehr als 50 pm, meist mehr als 100 pm oder sogar mehr als 150 pm, aufweisen. Die Absorberschicht kann in Form eines Wafers ausgebildet sein. Die Absorberschicht besteht aus kristallinem Silizium. Zur Erzielung höchster Wirkungsgrade wird monokristallines Silizium für die Absorberschicht bevorzugt, prinzipiell könnte jedoch auch multikristallines oder polykristallines Silizium eingesetzt werden. Da bei dem beschriebenen Solarzellenkonzept Oberflächen der Absorberschicht sehr gut passiviert werden und somit dortige Rekombinationsverluste gering gehalten werden können, wird angestrebt, für die Absorberschicht qualitativ sehr hochwertiges Silizium, das heißt Silizium mit wenigen als Rekombinationszentren wirkenden Störstellen, einzusetzen, um auch im Volumen der Absorberschicht Rekombinationsverluste (das heißt bulk-Rekombination) gering halten und somit insgesamt für die Solarzelle hohe Wirkungsgrade bewirken zu können. Die Absorberschicht ist n-Typ-dotiert oder p-Typ-dotiert. Hierzu können Dotanden wie beispielsweise Phosphor zur Erreichung einer n-Typ-Dotierung bzw. Bor oder Gallium zur Erreichung einer p-Typ-Dotierung in das Silizium eingebracht, d.h. zum Beispiel eindiffundiert oder während eines Abscheidungsprozesses eingelagert, werden. Eine Dotierungskonzentration kann hierbei vorzugsweise größer als 1 ei 3 cm-3 (= Atome pro Kubikzentimeter), stärker bevorzugt größer als 1e14 cm'3 gewählt werden. Hierdurch kann insbesondere, wie weiter unten detaillierter erläutert, eine hohe elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Absorberschicht erreicht werden, die als hohe elektrische Querleitfähigkeit vorteilhaft bei dem beschriebenen Solarzellenkonzept wirken kann. Die Dotanden können hierbei vorzugsweise mit einer möglichst homogenen Dotierungskonzentrationsverteilung in dem Silizium aufgenommen sein.
An der im Einsatz zum einfallenden Licht hin gerichteten Frontseite weist die Absorberschicht den Frontseitenschichtenstapel auf. Der gesamte Frontseitenschichtenstapel ist hierbei wesentlich dünner als der Absorber, d.h. beispielsweise dünner als 1 pm oder meist sogar dünner als 0,1 pm. Der Frontseitenschichtenstapel umfasst wenigstens zwei Schichten, welche sich vorzugsweise im Wesentlichen ganzflächig (d.h. beispielsweise zu mehr als 90 %) überdecken. Jede einzelne Schicht kann hierbei homogen ausgebildet sein, d.h. eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke und/oder homogene Materialeigenschaften aufweisen. Der Frontseitenschichtenstapel ist hierbei dazu konfiguriert, zusammen mit der Frontseitenkontaktierung einen optisch höchst transparenten und gleichzeitig sehr gut passivierenden Frontkontakt mit guten elektrischen Leitungseigenschaften für die Solarzelle zu ermöglichen.
Hierzu weist der Frontseitenschichtenstapel eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten- Passivierungsschicht und eine Siliziumkarbidschicht auf. Die Frontseiten-Passivierungsschicht kann beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiC>2) oder Siliziumoxynitrid (SiOxNy) oder einer Mischung derselben bestehen. Mit der Frontseiten- Passivierungsschicht grenzt der Frontseitenschichtenstapel direkt an die Absorberschicht an, das heißt die Absorberschicht und die Frontseiten-Passivierungsschicht haben eine gemeinsame Grenzfläche. Die Frontseiten-Passivierungsschicht ist hierbei mit einer sehr geringen Schichtdicke von beispielsweise weniger als 0,005 pm, vorzugsweise weniger als 0,002 pm ausgebildet. Aufgrund dieser geringen Schichtdicke können Ladungsträger aus der Absorberschicht durch die Frontseiten-Passivierungsschicht hindurch tunneln, weswegen die Frontseiten-Passivierungsschicht auch als Tunnelschicht bezeichnet werden kann. Ergänzend oder alternativ kann die Frontseiten-Passivierungsschicht in einer Weise ausgebildet werden, dass in ihr eine Vielzahl mikroskopischer Durchgangsöffnungen, welche auch als pin-holes bezeichnet werden, existieren, durch welche hindurch ebenfalls Ladungsträger aus der Absorberschicht in eine an die Frontseiten-Passivierungsschicht angrenzende weitere Schicht gelangen können.
Als „Siliziumkarbid" (SiC) wird vorangehend und nachfolgend ein Halbleitermaterial bezeichnet, dessen Kohlenstoffanteil um weniger als 25 % von dem stöchiometrischen Wert von 50 % abweicht, d.h. bei dem der Kohlenstoffanteil zwischen 25 % und 75 % liegt. Theoretisch bzw. im Idealfall weist SiC ein Verhältnis von Kohlenstoff (C) zu Silizium (Si) von 1 :1 auf. In der Praxis kann das Material, beispielsweise abhängig von zu dessen Herstellung eingesetzten Verfahren wie z.B. PECVD-Verfahren, einen gewissen Si- Überschuss oder C-Überschuss aufweisen, der bis zu 25 % ausmachen kann. Dieses Material weist eine im Vergleich zu Silizium größere Bandlücke von, je nach Anteil von amorpher zu kristalliner Phase und je nach Polytyp von letzterer, 1,55 eV - 3,2 eV auf. Dementsprechend kann die Siliziumkarbidschicht allenfalls sehr hochenergetisches Licht, beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 800 nm absorbieren, wirkt jedoch für weniger energiereiches Licht weitgehend transparent. Die Siliziumkarbidschicht kann hierbei derart ausgestaltet sein, dass ihre Transparenz beispielsweise bezogen auf ein standardisiertes AM1 ,5-Sonnenspektrum höher als 90 %, vorzugsweise höher als 95 % oder sogar höher als 98 % oder 99 % liegt. Ein Ausmaß der Transparenz der Siliziumkarbidschicht kann hierbei durch eine Art und Weise, wie diese erzeugt wird und insbesondere mit welchen kristallinen Eigenschaften diese generiert wird, beeinflusst werden. Die Siliziumkarbidschicht kann zur Erreichung von p-Typ-leitenden oder n-Typ- leitenden Eigenschaften dotiert sein. Der in der Siliziumkarbidschicht eingesetzte Dotierungstyp sollte dabei mit dem in der Absorberschicht eingesetzten Dotierungstyp übereinstimmen, d.h. die Absorberschicht und die Siliziumkarbidschicht sollten entweder beide p-Typ-leitend oder beide n-Typ-leitend sein. Eine Dotierungskonzentration innerhalb der Siliziumkarbidschicht kann hierbei in einem Bereich von typischerweise 1 e17 - 1 e21 cm-3 liegen. Die Siliziumkarbidschicht kann insgesamt mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit ausgebildet sein, um von der Absorberschicht kommende Ladungsträger mit zu vernachlässigenden Widerstandsverlusten bis zu der Frontkontaktierung weiterleiten zu können. Alternativ kann die Siliziumkarbidschicht intrinsisch ausgebildet sein.
Aufgrund ihrer hohen optischen Transparenz und ihrer gleichzeitig möglichen ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit kann die Siliziumkarbidschicht hervorragend zur Bildung eines transparenten Frontseitenkontakts für die Solarzelle geeignet sein. Um Abschattungsverluste zu minimieren, kann hierbei die Frontseitenkontaktierung mit einem Metallgrid aus mehreren länglichen Metallfingern ausgebildet sein. Die Metallfinger können sich entlang großer Bereiche der Oberfläche an der Solarzellenfrontseite erstrecken und dabei Längen von mehreren Zentimetern aufweisen. Allerdings sollten die Metallfinger möglichst dünn sein, d.h. eine Breite der Metallfinger sollte beispielsweise geringer als 100 pm, vorzugsweise geringer als 50 pm oder möglicherweise sogar geringer als 30 pm sein. Ein lateraler Abstand zwischen benachbarten Metallfingern kann größer als 0,5 mm oder vorzugweise größer als 1 mm sein. Eine Höhe der Metallfinger kann größer als 10 pm, vorzugsweise größer als 30 pm oder sogar größer als 50 pm sein. Die Metallfinger können mit einem elektrisch sehr gut leitfähigen Material wie beispielsweise Silber, Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein, wobei insbesondere aus Kostengründen Aluminium bzw. eine aluminiumreiche Legierung bevorzugt sein kann. Eventuell kann das Metallgrid einen oder mehrere Busbars aufweisen, welche mehrere der Metallfinger elektrisch miteinander verbinden und auf welche beispielsweise Verbinder aufgelötet werden können, mithilfe derer benachbarte Solarzellen untereinander elektrisch verbunden werden können.
Bei dem beschriebenen Solarzellenkonzept kann hierbei das Metallgrid der Frontseitenkontaktierung direkt an die Siliziumkarbidschicht angrenzen. Insbesondere braucht unterhalb der Frontseitenkontaktierung keine weitere, verhältnismäßig gut elektrisch leitfähige Schicht wie beispielsweise eine Schicht aus transparentem leitfähigem Oxid (TCO - transparent conductive oxide) vorgesehen sein, wie sie bei manch anderen Solarzellenkonzepten dazu eingesetzt wird, um eine elektrische Querleitfähigkeit zu verbessern und dadurch elektrische Widerstandsverluste zu minimieren. Eine solche elektrische Querleitfähigkeit kann bei dem hierin beschriebenen Solarzellenkonzept insbesondere durch eine ausreichend hohe Dotierungskonzentration innerhalb der Absorberschicht, die dort durch das einfallende Licht erzeugten zusätzlichen Ladungsträger sowie durch geeignet gewählte Parameter innerhalb des Frontseitenschichtenstapels, insbesondere betreffend eine Schichtdicke sowie eine Dotierungskonzentration der Siliziumkarbidschicht, in ausreichendem Maße erreicht werden. Dementsprechend ermöglicht das beschriebene Solarzellenkonzept, auf eine zusätzliche elektrisch leitfähige und trotzdem transparente Schicht an der frontseitigen Oberfläche der Solarzelle zu verzichten und stattdessen mit dem Metallgrid der Frontseitenkontaktierung direkt die Siliziumkarbidschicht des Frontseitenschichtenstapels zu kontaktieren. Hierdurch können sowohl ein Fertigungsaufwand reduziert als auch etwaige Probleme bei einer Kontaktierung beispielsweise einer TCO-Schicht vermieden werden.
An der im Einsatz dem einfallenden Licht abgewandten Rückseite weist die Absorberschicht den Rückseitenschichtenstapel auf. Der gesamte Rückseitenschichtenstapel ist hierbei wesentlich dünner als der Absorber, d.h. beispielsweise dünner als 10 pm oder meist sogar dünner als 2 pm, oft in einem Schichtdickenbereich von 20 nm - 200 nm. Der Rückseitenschichtenstapel umfasst wenigstens zwei Schichten, welche sich vorzugsweise im Wesentlichen ganzflächig (d.h. beispielsweise zu mehr als 90 %) überdecken. Jede einzelne Schicht kann hierbei homogen ausgebildet sein, d.h. eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke und/oder homogene Materialeigenschaften aufweisen. Außerdem ist der Rückseitenschichtenstapel vorzugsweise dazu konfiguriert, die rückseitige Oberfläche der Absorberschicht sehr gut zu passivieren und gleichzeitig eine sehr effiziente elektrische Kontaktierung der Solarzelle an deren Rückseite zu ermöglichen.
Hierzu weist der Rückseitenschichtenstapel eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten- Passivierungsschicht und eine Emitterschicht aus Silizium auf.
Die Rückseiten-Passivierungsschicht kann hierbei gleiche oder ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die Frontseiten-Passivierungsschicht und direkt an die rückseitige Oberfläche der Absorberschicht angrenzen.
Die Emitterschicht weist im Regelfall eine entgegengesetzte Dotierung wie die Absorberschicht auf, um am Übergang zwischen beiden Schichten einen pn-Übergang zu erzeugen. Dadurch, dass die Emitterschicht und der mit ihr erzeugte pn-Übergang an der Rückseite der Solarzelle ausgebildet sind, kann das beschriebene Solarzellenkonzept auch als Rückseitenübergang-Solarzelle oder BJ-Solarzelle (back junction) bezeichnet werden. Die Emitterschicht wird hierbei von der Rückseitenkontaktierung elektrisch kontaktiert, um die dort selektiv extrahierten Ladungsträger ableiten zu können. Die Rückseitenkontaktierung kann hierzu ein Metallgrid oder eine Metallschicht umfassen. Vorzugsweise kontaktiert die Rückseitenkontaktierung die Emitterschicht direkt, d.h. ohne Zwischenlagerung anderer Schichten wie beispielsweise einer oberflächlichen, elektrisch leitfähigen Oxidschicht.
Die Emitterschicht soll aus Silizium bestehen. Da diese Schicht fast ausschließlich nur von einer Ladungsträgersorte erreicht wird (die jeweils andere wird an dem Grenzflächenoxid abgeblockt), findet dort unabhängig von der Defektdichte im Wesentlichen keine Rekombination statt. Daher kann eventuell auch weniger qualitatives Silizium wie beispielsweise amorphes, teil- bzw. polykristallines Silizium für die Emitterschicht eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird jedoch angestrebt, dass die Emitterschicht aus kristallinem Silizium besteht. Das Silizium kann hierbei vorzugsweise monokristallin, gegebenenfalls aber auch multikristallin oder polykristallin sein. Kristallines Silizium kann eine hohe Temperaturresistenz aufweisen, d.h., es kann bei hohen Temperaturen prozessiert werden, ohne dass sich seine elektronischen Eigenschaften signifikant verschlechtern. Diesbezüglich unterscheidet sich kristallines Silizium beispielsweise von amorphem Silizium, wie es zum Beispiel in Form von hydrogenisiertem amorphem Silizium (aSi:H) teilweise in Solarzellenkonzepten eingesetzt wird und welches beispielsweise bei Prozesstemperaturen oberhalb von 250°C oder sogar oberhalb von 500 °C hinsichtlich seiner elektronischen Eigenschaften oft signifikant degradiert. Es wurde erkannt, dass das hier vorgestellte Solarzellenkonzept besonders gut dafür geeignet ist, bei der Solarzellenfertigung Hochtemperaturschritte einzusetzen, beispielsweise zum Einfeuern von siebgedruckten Metallkontakten, und, dass in diesem Zusammenhang eine Bildung der Emitterschicht mit kristallinem Silizium stark vorteilhaft ist.
Gemäß einer Ausführungsform des zum Fertigen der Solarzelle vorgeschlagenen Verfahrens kann zumindest ein nach dem Erzeugen der Siliziumkarbidschicht durchgeführter Verfahrensschritt als Hochtemperaturschritt bei einer Temperatur von mehr als 500 °C, vorzugsweise mehr als 700 °C, durchgeführt werden. Dabei wirkt sich positiv aus, dass sowohl die Siliziumkarbidschicht als auch die anderen in der Solarzelle vorgesehenen Schichten ihre positiven physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise ihre gute Oberflächenpassivierung auch nach Durchführung des Hochtemperaturschrittes behalten können. Gemäß einer Ausführungsform ist die Emitterschicht mit einer Dotierungskonzentration dotiert, die zu einem Schichtwiderstand der Emitterschicht von weniger als 500 Ohm/sq, vorzugsweise weniger als 250 Ohm/sq, 200 Ohm/sq, 150 Ohm/sq oder 100 Ohm/sq, führt. Anders ausgedrückt kann die Emitterschicht derart stark dotiert werden, dass in ihr ausreichend viele freie Ladungsträger existieren, um einen Schichtwiderstand derart gering zu halten, dass eine elektrische Querleitfähigkeit innerhalb der Emitterschicht ausreichend groß ist, um keinen signifikant negativ wirkenden Einfluss auf elektrische Widerstandsverluste innerhalb der Solarzelle zu nehmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann dementsprechend die Rückseitenkontaktierung vorzugsweise direkt an die Emitterschicht angrenzen. Mit anderen Worten kann insbesondere bei einer Ausgestaltung der Emitterschicht mit einer ausreichend hohen elektrischen Querleitfähigkeit auf ein Zwischenlagern einer zusätzlichen elektrisch leitfähigen Schicht wie beispielsweise einer TCO-Schicht zwischen die Emitterschicht und die Rückseitenkontaktierung verzichtet werden. Hierdurch können eine Komplexität eines Herstellungsvorgangs und somit Herstellungskosten verringert werden.
Insbesondere kann, gemäß einer Ausführungsform, die Rückseitenkontaktierung mit einem Metallgrid mit mehreren länglichen Metallfingern ausgebildet sein. Die Rückseitenkontaktierung kann hierbei ähnlich wie die oben beschriebene Frontseitenkontaktierung ausgestaltet sein. Eine Kontaktfläche zwischen dem Metallgrid und dem Emitter kann im Vergleich zu einer Gesamtfläche des Emitters gering sein. Für den Fall, dass die Solarzelle als beidseitig Licht-sensitive (das heißt sogenannte bifaziale) Solarzelle ausgestaltet ist, können außerdem durch die Rückseitenkontaktierung bewirkte Abschattungsverluste geringgehalten werden. Trotzdem können insbesondere für den Fall, dass die Emitterschicht stark dotiert ist und somit eine hohe elektrische Querleitfähigkeit besitzt, übermäßige durch die Rückseitenkontaktierung bewirkte Serienwiderstände vermieden werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Rückseitenkontaktierung mit einer vollflächigen Metallschicht ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann im Wesentlichen die gesamte Emitterschicht mit einer Metallschicht überdeckt werden, um diese elektrisch zu kontaktieren. Bei dieser Ausgestaltung kann auf eine hohe elektrische Querleitfähigkeit innerhalb der Emitterschicht weitgehend verzichtet werden, sodass diese nicht notwendigerweise stark dotiert werden braucht, oder, alternativ, sehr dünn ausgeführt werden kann. Außerdem kann die vollflächige Metallschicht als Rückseitenspiegel für die Solarzelle dienen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Frontseitenkontaktierung und/oder die Rückseitenkontaktierung mit gedruckten Kontakten, insbesondere mit Siebdruckkontakten, ausgebildet sein. Das Drucken von Metallkontakten durch Druckverfahren wie Siebdruck ist bei der Solarzellenfertigung ein häufig eingesetztes Verfahren. Dabei werden Kontaktstrukturen aus einer Metallpartikel-haltigen Paste durch ein entsprechend strukturiertes Sieb hindurch auf eine zu kontaktierende Substratoberfläche aufgedruckt. Anschließend wird die Paste zunächst getrocknet und dann in einem sogenannten Hochtemperatur-Feuerschritt bei hohen Temperaturen von typischerweise über 500 °C, oft über 700 °C, eingebrannt. Da die Siebdruckkontaktierung eine bereits seit langem im industriellen Maßstab erprobte Technologie ist und viele Vorteile bietet, wird generell angestrebt, beim Entwickeln neuartiger Solarzellenkonzepte diese Technologie einsetzen zu können. Bei dem hierin vorgestellten Solarzellenkonzept wurde erkannt, dass die Kombination der Eigenschaften der dabei eingesetzten mehreren Schichten besonders gut dazu geeignet ist, vorteilhafte elektrische und/oder optische Eigenschaften auch nach Durchführung eines Hochtemperaturschrittes zu erhalten. Dementsprechend eignet sich das beschriebene Solarzellenkonzept sehr gut für eine industrielle Umsetzung unter Verwendung von siebgedruckten Kontakten. Selbstverständlich ist in diesem Zusammenhang auch vorstellbar, die zur Bildung der Kontakte verwendeten Pasten mit anderen Drucktechnologien wie beispielsweise Rollendruck, Stempeldruck, Tintenstrahldruck, etc. abzuscheiden und anschließend einzubrennen.
Mit anderen Worten kann gemäß einer Ausführungsform des zum Fertigen der Solarzelle einsetzbaren Verfahrens die Frontseitenkontaktierung und/oder die Rückseitenkontaktierung durch Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Paste und anschließendes Feuern in einem Hochtemperaturschritt bei einer Temperatur von mehr als 500 °C, vorzugsweise mehr als 700 °C, erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Frontseitenkontaktierung und/oder die Rückseitenkontaktierung überwiegend aus Aluminium bestehen. Aluminium weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und kann verhältnismäßig kostengünstig bereitgestellt werden. Desweiteren ist aus der Leistungselektronik bekannt, dass Aluminium bzw. auf Aluminium basierende Legierungen mit Zusätzen von Ni, Ti oder Co einen guten Kontakt zu Siliziumkarbid ermöglicht. Diese Materialien sind auch in ihrem Vorkommen nicht so stark begrenzt wie das sonst üblicherweise zur Solarzellenmetallisierung eingesetzte Silber.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Frontseitenschichtenstapel ergänzend eine dotierte Siliziumschicht aufweisen, welche zwischen der Siliziumoxid-haltigen Frontseiten-Passivierungsschicht und der Siliziumkarbidschicht angeordnet ist. Doppelschichten aus einer Siliziumoxid-haltigen Schicht und einer dotierten Siliziumschicht sind dafür bekannt, Oberflächen einer Silizium-Absorberschicht äußerst gut passivieren zu können. Insbesondere kann die Siliziumschicht einer solchen Doppelschicht einfacher, homogener und/oder höher dotiert werden, als dies beispielsweise für Siliziumkarbidschichten der Fall ist, wobei sich die Dotierung vorteilhaft auf die Passivierungseigenschaften des Frontseitenschichtenstapels auswirken kann. Bei dem hierin vorgestellten Solarzellenkonzept kann daher das zusätzliche Vorsehen einer dotierten Siliziumschicht direkt angrenzend an die Siliziumoxid-haltige Frontseiten-Passivierungsschicht für eine weiter verbesserte Oberflächenpassivierung der Absorberschicht sorgen. Die dotierte Siliziumschicht kann hierbei mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert sein wie die Absorberschicht. Eine Dotierungskonzentration kann im Bereich von 1e17 cm-3 (Atome pro Kubikzentimeter) bis 1 e21 cm-3 liegen. Die dotierte Siliziumschicht kann eine Schichtdicke von zwischen 2 nm und 40 nm aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Siliziumkarbidschicht mit einer Schichtdicke von zwischen 5 nm und 70 nm ausgebildet. Einerseits sollte die Siliziumkarbidschicht mit einer Mindestdicke von wenigstens 5 nm, vorzugsweise wenigstens 10 nm, ausgebildet sein, um sie beispielsweise zuverlässig mit der Frontseitenkontaktierung kontaktieren zu können. Bei einer zu dünnen Siliziumkarbidschicht kann ein Risiko bestehen, dass diese beim Erzeugen der Frontseitenkontaktierung beschädigt wird und beispielsweise eine durch die Frontseiten-Passivierungsschicht zu erzielende Oberflächenpassivierung hierdurch verschlechtert wird. Andererseits wurde erkannt, dass Siliziumkarbid relativ schwierig mit einer hohen Dotierungskonzentration ausgebildet werden kann und daher durch die Siliziumkarbidschicht eventuell erhebliche Serienwiderstandsverluste bewirkt werden können. Die Stärke der Serienwiderstandsverluste kann hierbei von einer Distanz abhängen, welche Ladungsträger zwischen der Absorberschicht und der Frontseitenkontaktierung überwinden müssen. Diese Distanz korreliert ihrerseits mit der Schichtdicke der Siliziumkarbidschicht. Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, diese Schichtdicke kleiner als 70 nm, vorzugsweise kleiner als 60 nm, 50 nm, 40 nm, 30 nm oder sogar kleiner als 20 nm auszugestalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Frontseitenschichtenstapel ergänzend eine Antireflexschicht aufweisen, welche an einer der Frontseiten-Passivierungsschicht entgegengesetzten Seite der Siliziumkarbidschicht angeordnet ist. Eine solche Antireflexschicht besteht im Allgemeinen aus transparentem, dielektrischem Material wie beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, etc. Dabei wird eine Schichtdicke der Antireflexschicht derart angepasst, dass es angesichts des materialspezifischen optischen Brechungsindexes des eingesetzten Materials zu Interferenzen bei Lichtanteilen, die an den entgegengesetzten Oberflächen der Antireflexschicht reflektiert werden, kommt und dadurch ein Anteil von reflektiertem Licht minimiert wird. Prinzipiell wirkt auch die Siliziumkarbidschicht aufgrund ihrer hohen optischen Transparenz wie eine Schicht aus dielektrische Material, sodass durch Anpassen der Schichtdicke der Siliziumkarbidschicht diese als Antireflexschicht ausgebildet werden könnte. Allerdings kann es hierfür nötig sein, die Siliziumkarbidschicht mit einer erheblichen Schichtdicke auszugestalten, wodurch wiederum, wie im vorausgehenden Absatz erläutert, Serienwiderstandsverluste provoziert werden können. Um dies zu vermeiden, kann diese Siliziumkarbidschicht lediglich dünn ausgebildet werden und darüber eine dickere, separate Antireflexschicht aufgebracht werden.
Dabei kann die Antireflexschicht in einer Weise aufgebracht werden, dass die Frontseitenkontaktierung durch die Antireflexschicht hindurch an die Siliziumkarbidschicht gelangen kann, oder die Antireflexschicht kann nachträglich, nachdem die Frontseitenkontaktierung erzeugt wurde, aufgebracht werden, wobei in beiden Fällen von der Antireflexschicht kein wesentlicher zusätzlicher Serienwiderstandsverlust bewirkt wird.
Insbesondere kann gemäß einer Ausführungsform des zur Herstellung der Solarzelle eingesetzten Verfahrens die Frontseitenkontaktierung nach dem Erzeugen der Antireflexschicht erzeugt werden und dabei zunächst auf der Antireflexschicht angelagert und anschließend mittels eines Hochtemperaturschritts bei einer Temperatur von mehr als 500 °C durch die Antireflexschicht hindurchgetrieben werden. In einer konkreten Ausgestaltung kann die Frontseitenkontaktierung beispielsweise durch Aufdrucken einer metallhaltigen Paste auf die Antireflexschicht und anschließendes Durchfeuern dieser Paste durch die Antireflexschicht hindurch erzeugt werden. Es wird in diesem Zusammenhang davon ausgegangen, dass beispielsweise herkömmliche Metallpartikel-haltige Siebdruckpasten in der Lage sind, Antireflexschichten beispielsweise aus Siliziumnitrid während eines Feuerschritts problemlos zu durchdringen und dann darunterliegende Schichten zu kontaktieren. Dabei wird weiterhin für wahrscheinlich erachtet, dass die auf diese Weise erzeugte Frontseitenkontaktierung zwar die Siliziumkarbidschicht erreicht und kontaktiert, diese aber nicht auch durchfeuert. Anders ausgedrückt wird angenommen, dass beim Feuern herkömmlicher Durchfeuerkontakte durch eine Antireflexschicht die Siliziumkarbidschicht intakt bleibt und nicht ihrerseits von den Siebdruckkontakten durchfeuert wird.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des zur Herstellung der Solarzelle eingesetzten Verfahrens kann die Frontseitenkontaktierung zeitlich vor dem Erzeugen der Antireflexschicht erzeugt werden, wobei die Antireflexschicht nachfolgend in einem die Frontseitenkontaktierung überdeckenden Bereich lokal entfernt wird. In einem konkreten Beispiel kann die Frontseitenkontaktierung auf eine Oberfläche der Siliziumkarbidschicht aufgebracht werden, wobei hierfür wiederum Drucktechniken eingesetzt werden können, jedoch auch andere Metallisierungsverfahren zum Einsatz kommen können. Über diese Frontseitenkontaktierung wird dann die Antireflexschicht angelagert, beispielsweise durch PECVD-Abscheidung oder andere Abscheidungsverfahren. Da die Antireflexschicht hierbei schwierig in einer Weise abzuscheiden ist, bei der die Frontseitenkontaktierung nicht überdeckt wird, wird die Antireflexschicht vorzugsweise vollflächig aufgebracht. Die daraufhin überdeckte Frontseitenkontaktierung muss jedoch im Allgemeinen zumindest lokal von außen zugänglich sein, um sie elektrisch kontaktieren zu können, beispielsweise um benachbarte Solarzellen über Verbinder miteinander verschalten zu können. Dementsprechend kann die Antireflexschicht in einem nachfolgenden Schritt zumindest lokal in einem Bereich, in dem sie die Frontseitenkontaktierung überdeckt, teil- oder ganzflächig entfernt werden, sodass die Frontseitenkontaktierung lokal freigelegt wird und beispielsweise verlötet werden kann. Zum lokalen Entfernen der Antireflexschicht können verschiedene Methoden eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Antireflexschicht mithilfe eines Lasers zielgenau entfernt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Frontseiten-Passivierungsschicht und/oder die Siliziumkarbidschicht mittels eines PECVD-Verfahrens (auch als Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung bzw. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition bezeichnet) abgeschieden sein. Eine durch ein PECVD-Verfahren abgeschiedene Frontseiten-Passivierungsschicht kann eine hohe Qualität aufweisen und damit eine sehr gute Oberflächenpassivierung der Absorberschicht bewirken. Auch die Siliziumkarbidschicht kann mittels PECVD in hoher Qualität abgeschieden werden, wobei direkt während der Abscheidung Dotierstoffe eingebracht werden können, um die Siliziumkarbidschicht in gewünschter Weise zu dotieren. Gegebenenfalls kann auch eine zusätzliche Antireflexschicht mithilfe von PECVD-Verfahren abgeschieden werden. PECVD-Verfahren werden für eine industrielle Fertigung von Solarzellen bereits seit langem eingesetzt und stellen eine gut etablierte Technologie dar, welche bevorzugt auch bei neuartigen Solarzellenkonzepten genutzt wird. Außerdem kann es vorteilhaft sein, mehrere Schichten, d.h. zum Beispiel die Frontseiten-Passivierungsschicht und die Siliziumkarbidschicht sowie eventuell die Antireflexschicht in einem gemeinsamen PECVD- Abscheidungsschritt bzw. einer einzigen Abscheidungsvorrichtung zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Frontseiten-Passivierungsschicht mittels thermischer und/oder nasschemischer Oxidation erzeugt sein. Bei thermischer Oxidation wird eine dünne Siliziumdioxidschicht erzeugt, indem ein Siliziumsubstrat in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre sehr hohen Temperaturen von meist über 600°C oder oft über 700 °C, über 850 °C oder sogar über 1000 °C ausgesetzt wird. Die thermische Oxidation kann hierbei trocken oder feucht, d.h. ohne oder mit Zugabe von Wasserdampf, durchgeführt werden. Mittels thermischer Oxidation können Siliziumdioxidschichten sehr hoher Qualität erzeugt werden, die für eine sehr gute Oberflächenpassivierung sorgen können. Ergänzend oder alternativ können Siliziumdioxidschichten durch nasschemische Oxidation erzeugt werden, indem ein Siliziumsubstrat einer Flüssigkeit mit oxidierend wirkenden Chemikalien wie beispielsweise Wasserstoffperoxid oder Ozon ausgesetzt wird. Auch hierdurch lassen sich qualitativ hochwertige Siliziumdioxidschichten erzeugen. Bei dem hierin vorgeschlagenen Solarzellenkonzept kann eine auf diese Weise erzeugte hochqualitative Frontseiten-Passivierungsschicht anschließend von der darüber abgeschiedenen Siliziumkarbidschicht geschützt werden und somit beispielsweise auch in nachfolgenden Prozessschritten, insbesondere in Hochtemperaturschritten, ihre guten Passivierungseigenschaften behalten. Die Siliziumkarbidschicht kann in diesem Fall unabhängig von der Frontseiten-Passivierungsschicht erzeugt werden, d.h. in einem separaten Verfahrensschritt, wobei beispielsweise Abscheidungstechniken wie PECVD- Abscheidung oder Sputtern eingesetzt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Siliziumkarbidschicht entlang ihrer lateralen Erstreckung mit einer homogenen Schichtdicke und/oder mit einer homogenen Dotierung ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann die Siliziumkarbidschicht überall an der Frontseite der Solarzelle eine gleiche Dicke aufweisen und braucht nicht mit lokal variierenden Schichtdicken erzeugt werden, wodurch beispielsweise eine Abscheidung einer solchen Siliziumkarbidschicht vereinfacht wird. Auch eine Dotierung, d.h. eine Dotierungskonzentration und eine Dotierungsverteilung, kann innerhalb der Siliziumkarbidschicht homogen sein, wodurch sich wiederum deren Erzeugung einfach gestalten lässt. Im Gegensatz hierzu kann es bei herkömmlichen Solarzellenkonzepten notwendig sein, eine frontseitige Emitterschicht oder eine frontseitige Passivierungsschicht mit lokal variierenden Schichtdicken und/oder Dotierungen auszugestalten, beispielsweise um einerseits eine widerstandsarme elektrische Kontaktierung und andererseits geringe Rekombinationsverluste zu ermöglichen (wobei dieses Konzept in Bezug auf eine Emitterschicht auch als „selektiver Emitter" bekannt ist). Neben der einfachen Herstellbarkeit der homogenen Siliziumkarbidschicht kann diese auch einfach elektrisch zu kontaktieren sein, insbesondere da bei der Kontaktierung zum Beispiel nicht dickere und/oder höherdotierte Bereiche getroffen werden brauchen, sondern die Kontakte ohne besondere Anforderungen an deren Positionierung (d.h. ohne spezielles Alignment) auf der Siliziumkarbidschicht aufgebracht werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Siliziumkarbidschicht kristallin, teilkristallin oder amorph ausgebildet sein. Unter einer kristallinen Ausbildung kann hierbei verstanden werden, dass Silizium- und Kohlenstoffatome innerhalb der Schicht in einer geordneten, kristallartigen Struktur angeordnet sind, wobei die Siliziumkarbidschicht monokristallin, multikristallin, polykristallin oder nanokristallin sein kann. Unter einer teilkristallinen Ausbildung kann verstanden werden, dass zumindest Teilbereiche der Schicht mit der geordneten, kristallartigen Struktur ausgebildet sind, wobei andere Teilbereiche ohne eine solche Struktur, das heißt amorph, ausgebildet sein können. Eine Art und ein Grad der kristallinen Ausbildung kann dabei bei der Erzeugung der Siliziumkarbidschicht von unterschiedlichen Faktoren beeinflusst werden, insbesondere von einer Abscheidungstemperatur, einer Substrattemperatur, einer Leistung innerhalb eines bei der Abscheidung erzeugten Plasmas, dem optionalen Durchführen einer nachträglichen Temperaturbehandlung (Anneal) und dabei herrschenden Temperaturen, etc. Es wurde beobachtet, dass physikalische Eigenschaften wie insbesondere eine optische Transparenz der Siliziumkarbidschicht mit der Art und dem Grad von deren Kristallinität abhängen, wobei eine höhere Kristallinität im Allgemeinen zu einer höheren Transparenz führt und somit zur Erzeugung eines transparenten elektrischen Kontakts für das vorgeschlagene Solarzellenkonzept vorteilhaft ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Solarzelle und teilweise mit Bezug auf ein Fertigungsverfahren für eine Solarzelle beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Teilbereich einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 veranschaulicht eine mögliche Prozesssequenz für ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Abmessungen nicht realitätsnah wiedergegeben sind, sondern lediglich Grundprinzipien veranschaulichen sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Solarzelle 1. Die Solarzelle umfasst eine Absorberschicht 3, einen Frontseitenschichtenstapel 5, einen Rückseitenschichtenstapel 7, eine Frontseitenkontaktierung 9 und eine Rückseitenkontaktierung 11.
Die Absorberschicht 3 besteht im dargestellten Beispiel aus p-dotiertem kristallinem Silizium eines Siliziumwafers, der an beiden entgegengesetzten Oberflächen mit einer Textur versehenen ist.
Der Frontseitenschichtenstapel 5 umfasst eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten- Passivierungsschicht 13 und eine Siliziumkarbidschicht 15. Die Frontseiten- Passivierungsschicht 13 grenzt direkt an eine frontseitige Oberfläche 17 der Absorberschicht 3 an. Der Rückseitenschichtenstapel umfasst eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht 19 und eine Emitterschicht 21 aus (teil-)kristallinem Silizium. Die Rückseiten-Passivierungsschicht 19 grenzt direkt an eine rückseitige Oberfläche 23 der Absorberschicht 3 an. Die Frontseiten-Passivierungsschicht 13 und die Rückseiten-Passivierungsschicht 19 bestehen jeweils aus einem Dielektrikum wie zum Beispiel Siliziumdioxid oder Siliziumoxynitrid. Sowohl die Frontseiten- Passivierungsschicht 13 als auch die Rückseiten-Passivierungsschicht 19 sind derart dünn und/oder mit mikroskopischen pin-holes 25 versehen ausgebildet, dass elektrische Ladungsträger durch sie hindurchtunneln bzw. durch die pin-holes 25 strömen können.
Die Absorberschicht 3 und die Siliziumkarbidschicht 15 sind mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert, d.h. im vorliegenden Beispiel beide p-Typ-dotiert. Die Absorberschicht 3 und die Emitterschicht 21 sind mit entgegengesetzten Dotierungstypen dotiert.
Die Frontseitenkontaktierung 9 ist mit einem Metallgrid 27 mit mehreren länglichen Metallfingern 29 ausgebildet. Im dargestellten Beispiel bestehen die Metallfinger 29 überwiegend aus Aluminium und sind durch Siebdrucktechniken auf die Vorderseite der Solarzelle 1 aufgebracht. Dabei kontaktiert die Frontseitenkontaktierung 9 die Siliziumkarbidschicht 15. Eine elektrische Querleitfähigkeit innerhalb der Siliziumkarbidschicht 15 kann hierbei zwar gering sein, beispielsweise aufgrund einer geringen Dotierbarkeit von Siliziumkarbid. Erhöhte Serienwiderstandsverluste können jedoch dennoch vermieden werden, indem in der Absorberschicht 3 eine ausreichend hohe Dotierungskonzentration vorgesehen wird, sodass deren Querleitfähigkeit unterstützend genutzt wird. Dementsprechend kann das Metallgrid 25 direkt an die Siliziumkarbidschicht 15 angrenzen. Auf eine die Querleitfähigkeit unterstützende zusätzliche leitfähige Schicht wie beispielsweise eine TCO-Schicht kann daher verzichtet werden.
Im dargestellten Beispiel ist auch die Rückseitenkontaktierung 11 mit einem Metallgrid 31 mit mehreren länglichen Metallfingern 33 ausgebildet, wobei die Metallfinger 33 analog wie beim frontseitigen Metallgrid 27 als siebgedruckte Aluminiumkontakte ausgebildet sein können. Die Rückseitenkontaktierung 11 kontaktiert die Emitterschicht 21 elektrisch. Im dargestellten Beispiel ist die Emitterschicht 21 derart stark n-Typ- dotiert, dass sie einen Schichtwiderstand von weniger als 250 Ohm/sq erhält, sodass wegen ausreichender elektrischer Querleitfähigkeit auch trotz der voneinander lateral beabstandeten Metallfinger 33 keine übermäßigen Serienwiderstandsverluste bewirkt werden. Das rückseitige Metal Igrid 31 kann im dargestellten Beispiel daher direkt an die Emitterschicht 21 angrenzen, ohne dass eine zusätzliche leitfähige Schicht wie beispielsweise eine TCO-Schicht zur Unterstützung der Querleitfähigkeit vorgesehen werden müsste.
Alternativ zu dem dargestellten Beispiel kann die Rückseitenkontaktierung mit einer vollflächigen Metallschicht ausgebildet werden. In diesem Fall kann auf den Beitrag der Emitterschicht zur elektrischen Querleitfähigkeit verzichtet werden und somit auch die Emitterschicht nicht notwendigerweise stark dotiert werden.
Im dargestellten Beispiel weist die Solarzelle 1 ferner an ihrer frontseitigen Oberfläche eine Antireflexschicht 35 als Teil des Frontseitenschichtenstapels 5 sowie an ihrer rückseitigen Oberfläche eine Antireflexschicht 37 als Teil des Rückseitenschichtenstapels 7 auf.
In einer leicht modifizierten Ausführungsform kann der Frontseitenschichtenstapel 5 ergänzend eine dotierte Siliziumschicht 39 aufweisen, welche zwischen der frontseitigen Passivierungsschicht 13 und der Siliziumkarbidschicht 15 angeordnet ist. Aus Gründen der verbesserten Übersicht ist eine solche dotierte Siliziumschicht 39 in Fig. 1 lediglich gestrichelt und begrenzt auf einen linken Teilbereich der Solarzelle 1 angedeutet.
Als weitere alternative Ausführungsform kann die Solarzelle 1 basierend auf einem n- Typ-dotierten Siliziumwafer als Absorberschicht 3 ausgebildet werden. Die Dotierungstypen der weiteren Schichten innerhalb des Frontseitenschichtenstapels 5 und des Rückseitenschichtenstapels 7 sind dabei entgegengesetzt zu denjenigen der in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsform. Bei dieser alternativen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, den Siliziumwafer zumindest an seiner Rückseite nicht mit einer Texturierung zu versehen, sondern ihn rückseitig plan auszugestalten und somit seine rückseitige Oberfläche 23 zu minimieren, da angenommen werden kann, dass der Rückseitenschichtenstapel 7, welcher in diesem Fall mit einer p-Typ-dotierten Emitterschicht 21 versehen ist, weniger gute Passivierungseigenschaften aufweist als im Falle der in Fig. 1 dargestellten n-Typ-dotierten Emitterschicht 21.
In Fig. 2 sind aufeinanderfolgende Prozessschritte eines Verfahrens zum Fertigen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Die Prozessschritte werden unter Bezugnahme auf die Teilfiguren wie folgt kurz skizziert:
- Fig. 2(a): Bereitstellen eines kristallinen Siliziumwafers als Substrat 41 zur Bildung der Absorberschicht 3;
- Fig. 2(b): Erzeugen einer Texturierung 43 an der frontseitigen Oberfläche 17 und/oder der rückseitigen Oberfläche 23;
- Fig. 2(c): Erzeugen eines Frontseitenschichtenstapels 5 einschließlich
Erzeugen einer Siliziumoxid-haltigen Frontseiten-Passivierungsschicht 13 beispielsweise durch PECVD-Abscheidung, thermische Oxidation oder nasschemische Oxidation, und Erzeugen einer Siliziumkarbidschicht 15 beispielsweise durch PECVD-Abscheidung oder Sputtern;
- Fig. 2(d): Erzeugen eines Rückseitenschichtenstapels 7 einschließlich
Erzeugen einer Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht 19 beispielsweise durch PECVD-Abscheidung, thermische Oxidation oder nasschemische Oxidation, und Erzeugen einer Emitterschicht 21 aus dotiertem, kristallinem Silizium beispielsweise durch PECVD-Abscheidung;
- Fig. 2(e): Hochtemperaturbehandlung zur Verbesserung der Passivierqualität der Passivierschichten 13 und 19 bzw. der Ausbildung von Pinholes in diesen Schichten, zur (teilweisen) Kristallisation der Emitterschicht 21 und möglicherweise auch der Siliziumkarbidschicht 15, sowie zur elektrischen Aktivierung der Dotierstoffatome in der Emitterschicht 21, in der eventuelle vorhandenen ergänzenden dotierten Siliziumschicht
39 sowie in der Siliziumkarbidschicht 15.
- Fig. 2(f): Erzeugen einer Frontseitenkontaktierung 27 und einer Rückseitenkontaktierung 31 beispielsweise durch Siebdrucken von Aluminium- Metallgrids 29, 33;
- Fig. 2(g): Erzeugen einer frontseitigen Antireflexschicht 35 und einer rückseitigen Antireflexschicht 37 beispielsweise durch PECVD-Abscheidung.
Zusätzlich zu den dargestellten Prozessschritten können weitere Prozessschritte durchgeführt werden, beispielsweise eine kurze Behandlung mit Flusssäure (HF-Dipp), ein Trocknen und Feuern aufgedruckter Metallpasten-Strukturen, ein Eintreiben von Wasserstoff aus beispielsweise der Siliziumnitrid-Antireflexschicht, ein Entfernen von Teilbereichen der Antireflexschicht beispielsweise durch Freilasern von Lötpads, etc.
Alternativ zu der dargestellten und beschriebenen Reihenfolge der Prozessschritte können die beiden Prozessschritte aus den Figuren 2(f) und 2(g) vertauscht werden, das heißt zuerst die Antireflexschichten 35, 37 erzeugt werden und dann die Frontseitenkontaktierung 27 und die Rückseitenkontaktierung 31 auf diese
Antireflexschichten aufgedruckt werden und anschließend durch die Antireflexschichten hindurchgefeuert werden.
Mit Ausführungsformen des beschriebenen Solarzellenkonzepts werden verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Solarzellenkonzepten angestrebt.
Beispielsweise können optische Eigenschaften der Solarzelle verbessert werden. Hierzu kann eine verringerte Reflexion beitragen, da Siliziumkarbid einen höheren Brechungsindex (n=2,6) als beispielsweise herkömmlich häufig verwendetes Aluminiumoxid (n= 1 ,6) aufweist. Außerdem kann eine Dicke der Siliziumnitrid- Antireflexschicht ohne Rücksichtnahme auf bei herkömmlichen Solarzellenkonzepten zu befürchtendes sogenanntes Metall-Spiking (d.h. ein zu starkes Durchfeuern von Metall- Siebdruckkontakten wie beispielsweise Aluminiumkontakten) optimiert werden. Ferner brauchen die Finger des Metallgrids nicht präzise relativ zu korrespondierenden Regionen innerhalb des Solarzellensubstrats positioniert werden (d.h. kein präzises Alignment notwendig), wodurch eventuell auch ein Einsatz noch dünnerer Metallfinger für die Kontaktstrukturen möglich erscheint.
Ferner können Rekombinationseigenschaften der Solarzelle verbessert werden. Insbesondere kann Rekombination an Aluminium-dotierten p+-Gebieten vermieden werden, eine Oberflächenpassivierung verbessert werden und Synergien bei einer Verringerung anderer Verlustpfade erreicht werden.
Außerdem können Transporteigenschaften bzw. elektrische Eigenschaften der Solarzelle verbessert werden. Beispielsweise können durch die Passivierung der Kontakte laterale Transportverluste geringer sein als z.B. bei herkömmlichen, nicht-passivierten Kontakten, bei denen meist schon alleine zur Minimierung der Rekombinationsverluste die Abstände der Metallfinger untereinander möglichst groß gewählt werden müssen.
Es ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend", „umfassend", etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. BEZUGSZEICHENLISTE
I Solarzelle
3 Absorberschicht
5 Frontseitenschichtenstapel
7 Rückseitenschichtenstapel
9 Frontseitenkontaktierung
I I Rückseitenkontaktierung
13 Frontseiten-Passivierungsschicht
15 Siliziumkarbidschicht
17 frontseitige Oberfläche der Absorberschicht
19 Rückseiten-Passivierungsschicht
21 Emitterschicht
23 rückseitige Oberfläche der Absorberschicht
25 pin-holes
27 frontseitiges Metallgrid
29 frontseitige Metallfinger
31 rückseitiges Metallgrid
33 rückseitige Metallfinger
35 frontseitige Antireflexschicht
37 rückseitige Antireflexschicht
39 dotierte Siliziumschicht
41 Substrat
43 Texturierung

Claims

Ansprüche:
1. Solarzelle (1) aufweisend: eine Absorberschicht (3) aus kristallinem Silizium, einen Frontseitenschichtenstapel (5) zumindest aufweisend eine Siliziumoxid- haltige Frontseiten-Passivierungsschicht (13) und eine Siliziumkarbidschicht (15), einen Rückseitenschichtenstapel (7) zumindest aufweisend eine Siliziumoxid- haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (19) und eine Emitterschicht (21) aus Silizium, eine Frontseitenkontaktierung (9) mit einem Metallgrid (27) mit mehreren länglichen Metallfingern (29), eine Rückseitenkontaktierung (11), wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) direkt an eine frontseitige Oberfläche (17) der Absorberschicht (3) angrenzt, wobei die Rückseiten-Passivierungsschicht (19) direkt an eine rückseitige Oberfläche (23) der Absorberschicht (3) angrenzt, wobei die Absorberschicht (3) und die Siliziumkarbidschicht (15) mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert sind oder wobei die Siliziumkarbidschicht (15) intrinsisch ausgebildet ist, wobei die Absorberschicht (3) und die Emitterschicht (21) mit entgegengesetzten Dotierungstypen dotiert sind, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) die Siliziumkarbidschicht (15) elektrisch kontaktiert und das Metallgrid (27) der Frontseitenkontaktierung (9) direkt an die Siliziumkarbidschicht (15) angrenzt, und wobei die Rückseitenkontaktierung (11) die Emitterschicht (21) elektrisch kontaktiert.
2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Emitterschicht (21) aus Silizium besteht, welches teilweise oder vollständig kristallin ist.
3. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Emitterschicht (21) mit einer Dotierungskonzentration dotiert ist, die zu einem Schichtwiderstand der Emitterschicht (21) von weniger als 500 Ohm/sq führt.
4. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückseitenkontaktierung (11) direkt an die Emitterschicht (21) angrenzt.
5. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückseitenkontaktierung (11) mit einem Metallgrid (31) mit mehreren länglichen Metallfingern (33) ausgebildet ist.
6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Rückseitenkontaktierung (11) mit einer vollflächigen Metallschicht ausgebildet ist.
7. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) und/oder die Rückseitenkontaktierung (11) mit gedruckten Kontakten ausgebildet ist.
8. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) und/oder die Rückseitenkontaktierung
(11) überwiegend aus Aluminium besteht.
9. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frontseitenschichtenstapel (5) ergänzend eine dotierte Siliziumschicht (39) aufweist, welche zwischen der Siliziumoxid-haltigen Frontseiten- Passivierungsschicht (13) und der Siliziumkarbidschicht (15) angeordnet ist.
10. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siliziumkarbidschicht (15) mit einer Schichtdicke von zwischen 5 nm und 70 nm ausgebildet ist.
11. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frontseitenschichtenstapel (5) ergänzend eine Antireflexschicht (35) aufweist, welche an einer der Frontseiten-Passivierungsschicht (13) entgegengesetzten Seite der Siliziumkarbidschicht (15) angeordnet ist.
12. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) und/oder die Siliziumkarbidschicht (15) mittels eines PECVD-Verfahrens abgeschieden sind.
13. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) mittels thermischer und/oder nasschemischer Oxidation erzeugt ist.
14. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siliziumkarbidschicht (15) entlang ihrer lateralen Erstreckung mit einer homogenen Schichtdicke und/oder mit einer homogenen Dotierung ausgebildet ist.
15. Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Siliziumkarbidschicht (15) kristallin, teilkristallin oder amorph ausgebildet ist. Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle, aufweisend
Bereitstellen eines Substrats (41) aus kristallinem Silizium als Absorberschicht (3), Erzeugen eines Frontseitenschichtenstapels (5) zumindest aufweisend eine Siliziumoxid-haltige Frontseiten-Passivierungsschicht (13) und eine
Siliziumkarbidschicht (15),
Erzeugen eines Rückseitenschichtenstapels (7) zumindest aufweisend eine
Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (19) und eine Emitterschicht (21) aus Silizium,
Erzeugen einer Frontseitenkontaktierung (9) mit einem Metallgrid (27) mit mehreren länglichen Metallfingern (29),
Erzeugen einer Rückseitenkontaktierung (11), wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) direkt an eine frontseitige
Oberfläche (17) der Absorberschicht (3) angrenzt, wobei die Rückseiten-Passivierungsschicht (19) direkt an eine rückseitige
Oberfläche (23) der Absorberschicht (3) angrenzt, wobei die Absorberschicht (3) und die Siliziumkarbidschicht (15) mit einem gleichen Dotierungstyp dotiert sind oder wobei die Siliziumkarbidschicht (15) intrinsisch ausgebildet ist, wobei die Absorberschicht (3) und die Emitterschicht (21) mit entgegengesetzten Dotierungstypen dotiert sind, und wobei das Metallgrid (27) der Frontseitenkontaktierung (9) direkt an die Siliziumkarbidschicht (15) angrenzt. Verfahren nach Anspruch 16, wobei zumindest ein nach dem Erzeugen der Siliziumkarbidschicht (15) durchgeführter Verfahrensschritt als Hochtemperaturschritt bei einer Temperatur von mehr als 500°C durchgeführt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) und/oder die Rückseitenkontaktierung (11) durch Aufbringen einer Metallpartikel-haltigen Paste und anschließendes Feuern in einem Hochtemperaturschritt bei eine Temperatur von mehr als 500°C erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) und/oder die Siliziumkarbidschicht (15) mittels eines PECVD-Verfahrens abgeschieden wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei die Frontseiten-Passivierungsschicht (13) mittels thermischer und/oder nasschemischer Oxidation erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei an einer der Frontseiten-Passivierungsschicht (13) entgegengesetzten Seite der Siliziumkarbidschicht (13) ergänzend eine Antireflexschicht (35) erzeugt wird. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) nach dem Erzeugen der Antireflexschicht (35) erzeugt wird und zunächst auf der Antireflexschicht (35) angelagert und anschließend mittels eines Hochtemperaturschritts bei einer Temperatur von mehr als 500°C durch die Antireflexschicht (35) durchgetrieben wird. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Frontseitenkontaktierung (9) vor dem Erzeugen der Antireflexschicht (35) erzeugt wird, wobei die Antireflexschicht (35) nach deren Erzeugung in einem die Frontseitenkontaktierung (9) überdeckenden Bereich lokal entfernt wird.
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Title
JAIN ADITI ET AL: "Design, Optimization, and In-Depth Understanding of Front and Rear Junction Double-Side Passivated Contacts Solar Cells", IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, IEEE, vol. 11, no. 5, 1 September 2021 (2021-09-01), pages 1141 - 1148, XP011873400, ISSN: 2156-3381, [retrieved on 20210818], DOI: 10.2172/1696798 *

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