WO2011131388A2 - Verfahren zur herstellung einer solarzelle sowie nach diesem verfahren hergestellte solarzelle - Google Patents

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  • FIGS. 1-14 are cross-sectional views of a silicon substrate after various steps of a method according to the invention
  • the first main surface 2 may be doped with a selective doping, i. H. a doping with a higher dopant concentration and / or a deeper into the silicon substrate 1-rich doping layer, in particular below the metal contact strips and / or bus bars, are provided or have such.
  • a selective doping i. H. a doping with a higher dopant concentration and / or a deeper into the silicon substrate 1-rich doping layer, in particular below the metal contact strips and / or bus bars, are provided or have such.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, aufgezeigt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aufbringen einer Dünnschicht (7), die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche (3), Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden Paste (11) auf die zweite Hauptoberfläche (2) zum Abdecken der Aluminium-Dünnschicht (7), Erhitzen und/ oder Sintern der Paste (11) auf der zweiten Hauptoberfläche (3), insbesondere bei Temperaturen über ca. 577°C, zur Erzeugung einer Aluminium-Dotierschicht (8) in der zweiten Hauptoberfläche (3), und Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht (12) und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium- Silizium-Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche (3), wodurch die Aluminium-Dotierschicht (8) freigelegt wird. Da die Glasschicht (12) einen geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wird eine Verbiegung des Substrats (1) vermieden. Die Dicke des Substrats (1) kann deswegen verringert werden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle sowie nach diesem Verfahren hergestellte Solarzelle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Solarzelle.
Stand der Technik
Silizium-Solarzellen werden häufig mit einer ganzflächigen Metallisierung zur Verspiegelung und zur Stromsammlung auf der Rückseite versehen. Diese Rückseitenmetallisierung besteht in der Regel aus Aluminium-basierter Dickschichtpaste, die großflächig zwischen Silber-basierten Lötflächen aufgedruckt wird. Beim Sintern oberhalb von 800°C legiert das Aluminium durch Bildung des niederschmelzenden (577°C) AISi-Eutektikums und Rekristallisation an die Halbleiteroberfläche an und kompensiert dabei die vorhandene n+-Dotierung aus der vorher rundum erfolgten Phosphordiffusion zu einer stark p-dotierten (p+-)Dotierung über (siehe F. Huster, 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6-10 June 2005, Barcelona, Spain). Wenn die Basisdotierung p ist, bildet die Aluminium-dotierte rekristallisierte Oberflächenschicht ein p+-BSF (Back Surface Field) mit einem p+p-Übergang (high-low-Übergang)
Die gleiche Zellstruktur wird seit einigen Jahren mit praktisch identischem Prozess auch auf n-dotiertem Silizium hergestellt. Dann wird die besagte Aluminium-dotierte Oberfläche der Rückseite zum p+-Emitter und die Phosphor-dotierte Schicht der Vorderseite zum Front Surface Field (FSF).
Nachteilig an den bisher bekannten Verfahren ist, dass die gedruckte Alumi- nium-Pastenschicht ca. 40 μιτι (nach dem Sintern) dick sein muss, um hinrei- chend tiefe Legierungsbildung bzw. Aluminium-Dotiertiefe zu erhalten. Aufgrund des Bimetalleffekts zwischen ihr und dem Siliziumwafer führt eine Verringerung der Waferdicke unter die bisher typischen 180 μιτι zu einer nicht mehr tolerierbaren Waferverbiegung (sogenanntem Bow). Durch die nötige Dicke des Siliziumwafers und der daher benötigten Menge an Silizium entste- hen hohe Kosten für die Solarzelle.
Die Siebdruckmetallisierung der Rückseite hat einen nicht perfekten
Reflexionsfaktor von nur 65% für die langwelligen Anteile des Sonnenlichts, die bis zur Rückseite durchdringen. Eine wirksamere Verspiegelung von >90% würde die optische Weglänge des einfallenden Lichts und damit die Generation von Elektron-Loch-Paaren (d.h. den Strom) im Innern der Zelle erhöhen. Damit würde ein deutlicher Wirkungsgradgewinn erzielt.
Eine metallische Oberfläche, sowohl die eines Emitters als auch die eines Back-Surface-Fields (BSF), hat trotz der Feldpassivierung durch Hochdotierung eine große Ladungsträger-Rekombinationsgeschwindigkeit. Um eine bessere Passivierung der Aluminium-dotierten Oberfläche der Rückseite zu ermöglichen, müssen die als Dotierquelle benötigte dicke Aluminium-Siebdruckschicht und die zwischen ihr und der Halbleiteroberfläche entstandene AISi-Eutekti- kumsschicht abgeätzt werden. Dazu ist aufgrund der Dicke der abzuätzenden Schichten bei den vorbekannten Verfahren eine große Menge Salzsäure nötig, was ein großes Entsorgungsproblem darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche aufweist, folgende
Schritte umfassend: Aufbringen einer Dünnschicht, die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche, Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden Paste auf die zweite Hauptoberfläche zum
Abdecken der Dünnschicht, Erhitzen und/oder Sintern der Paste auf der zweiten Hauptoberfläche, insbesondere bei Temperaturen über ca. 577 °C, zur Erzeugung einer Aluminium-Dotierschicht in der zweiten Hauptoberfläche, und Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium-Silizium- Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche, wodurch die Aluminium- Dotierschicht freigelegt wird.
Vorteilhaft an diesem Verfahren ist, dass technisch einfach und kostengünstig eine Solarzelle hergestellt wird, die eine Aluminiumdotierschicht auf der Rückseite aufweist und eine Passivierung der aluminiumdotierten Rückseite ermöglicht. Ein weiterer Vorteil hieran ist, dass die Aluminiumschicht vollflächig in direktem Kontakt zur zweiten Hauptoberfläche aufgebracht wird. Dadurch kann beim Aufschmelzen am eutektischen Punkt die gesamte Schichtmenge an Aluminium unmittelbar, d.h. unverzögert und/oder unbehindert, zur Schmelzenbildung verbraucht werden. Die Aluminium-Silizium-Verschmelzung läuft auf der gesamten zweiten Hauptoberfläche gleichmäßig ab. Zudem wird die Alumi- niumschicht durch die Glasschicht vollständig abgedeckt, so dass beim Aufschmelzen des Aluminium-Silizium-Eutektikums an keiner Stelle die geschmolzene Schicht offenliegt, wodurch ein Zusammenlaufen zu Tropfen, ein
Verspritzen und/oder Oxidieren weitgehend verhindert wird. Da die Glasschicht als vorübergehende Abdeckung der Aluminium-Dünnschicht gedacht ist und nach der Dotierung wieder entfernt wird, kann die Dicke möglichst dünn gewählt werden. Somit kann die Glasschicht einfacher bzw. schneller wieder entfernt werden. Vorteilhaft ist auch, dass die Glasschicht einen geringen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem Silizium des Silizium-Substrat ähnlich ist, wodurch eine Verbiegung des Silizium-Substrats weitgehend vermieden wird. Das Silizium-Substrat kann daher eine deutlich geringere Dicke aufweisen. Dies zusammen bewirkt, dass der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht wird und die Herstellungskosten der Solarzelle deutlich verringert werden.
Das Erhitzen und/oder Sintern kann bei einer Temperatur von mindestens 800 °C ablaufen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Aluminiumschicht zusammen mit dem Silizium eine flüssige Aluminium-Silizium-Eutektikumschicht bildet. Bei dem Verfahren kann die Paste mittels Drucken, insbesondere mittels Siebdruck, aufgetragen werden. Hierdurch werden die Kosten des Verfahrens weiter gesenkt.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Glasschicht, insbesondere mittels Flusssäure, und die Aluminium-Silizium-Eutektikumschicht, insbesondere mittels Salzsäure, von der zweiten Hauptoberfläche weggeätzt. Vorteilhaft hieran ist, dass durch ein bewährtes Verfahren die Schichten gleichmäßig von der zweiten Hauptoberfläche entfernt werden. Zudem ist vorteilhaft, dass durch die geringe Dicke der Aluminium-Silizium-Eutektikumschicht weniger Salzsäure benötigt wird, was die Kosten und den Aufwand senkt, da die Entsorgung von Salzsäure sehr kostenträchtig und aufwändig ist.
Bei dem Verfahren können ferner Metallkontaktbahnen zum Kontaktieren des Silizium-Substrats und optional Sammelschienen zum elektrischen Verbinden der Metallkontaktbahnen auf die erste Hauptoberfläche aufgebracht werden, wobei während des Erhitzens und/oder Sinterns der Paste auf der zweiten Hauptoberfläche gleichzeitig die Metallkontaktbahnen und die optionalen Sammelschienen erhitzt und/oder gesintert werden. Durch die Metallkontaktbahnen werden die Ladungen in der Nähe der ersten Hauptoberfläche gesam- melt und durch optionale Sammelschienen werden die Ladungen mehrerer Metallkontaktbahnen gesammelt. Vorteilhaft ist zudem, dass durch das gemeinsame Erhitzen bzw. Sintern der Metallkontaktbahnen und der optionalen Sammelschienen und der Paste auf der zweiten Hauptoberfläche ein zusätzlicher Schritt eingespart wird, der zum Erhitzen und/oder Sintern der Metall- kontaktbahnen und der optionalen Sammelschienen nötig wäre.
Die Metallkontaktbahnen und optionalen Sammelschienen können durch Aufdrucken einer Silberpaste und/oder Aufsprühen einer silberhaltigen Aerosol- Tinte und/oder Extrudieren einer Silberpaste aus feinen Kanülen aufgebracht werden. Durch diese kostengünstigen Verfahren zum Auftragen der Metallkontaktbahnen und optionalen Sammelschienen wird eine gleichmäßige Dicke der Metallkontaktbahnen und optionalen Sammelschienen sichergestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ferner vor dem Aufbringen der Paste auf die zweite Hauptoberfläche eine dünne dielektrische Schicht, insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid umfassend, auf die Dünnschicht zur Vermeidung einer Oxidation des Aluminiums der Dünnschicht an Luft aufgebracht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Aluminium-Dünn- schicht nicht oxidiert, was sich negativ auf die Erzeugung eines Aluminium- Eutektikums bzw. der Aluminiumdotierschicht auswirken würde.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ferner nach dem Freilegen der Aluminiumdotierschicht eine Passivierungsschicht auf die zweite Hauptoberfläche aufgebracht, die Passivierungsschicht von Bereichen der zweiten Hauptoberfläche zum Bilden von Öffnungen entfernt, und eine weitere Aluminiumschicht, insbesondere durch ein PVD-Verfahren, vorzugsweise Sput- tern und/oder Aufdampfen, auf die zweite Hauptoberfläche zum Kontaktieren der Aluminium-Dotierschicht in den Öffnungen aufgebracht. Durch die Passi- vierungsschicht wird der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht. Zudem ist vorteilhaft, dass auf technisch einfache Art und Weise die zweite Hauptoberfläche des Silizium-Substrats durch die weitere Aluminiumschicht kontaktiert wird. Darüber hinaus kann die Leerlaufspannung erhöht werden. Zudem bilden die Passivierungsschicht und die weitere Aluminiumschicht zusammen einen ver- besserten Infrarotlichtspiegel auf der zweiten Hauptoberfläche gegenüber einer porösen Aluminium-Schicht, wodurch ein höherer Stromertrag pro Zelle erreicht wird.
Das Entfernen der Passivierungsschicht von Bereichen der zweiten Hauptober- fläche kann mittels Laserablation, Ätzpaste und/oder Ionenätzen geschehen. Hierdurch werden die Kosten und der Aufwand des Verfahrens weiter gesenkt, da bewährte Methoden zur Entfernung der Passivierungsschicht verwendet werden. Bei dem Verfahren kann ferner eine nickelhaltige Grundschicht auf die weitere Aluminiumschicht der zweiten Hauptoberfläche aufgebracht werden zur Ermöglichung einer chemischen und/oder galvanischen Verstärkung. Hierdurch wird das Auftragen weiterer Schichten auf die zweite Hauptoberfläche wesentlich erleichtert. Bei dem Verfahren kann ferner nach dem Aufbringen der Aluminiumschicht und der optionalen nickelhaltigen Schicht auf die zweite Hauptoberfläche eine Isolierungsschicht auf die zweite Hauptoberfläche aufgebracht werden, und die Isolierungsschicht von Bereichen der zweiten Hauptoberfläche zum erneuten Freilegen der Lötflächen, insbesondere durch Laserablation, Ätzpaste und/oder Ionenätzen, entfernt werden zur Ermöglichung einer nachträglichen chemischen und/oder galvanischen Verstärkung der Lötflächenöffnungen. Hierdurch wird sichergestellt, dass aufgebrachte Schichten zur Verstärkung auf die Lötflächenöffnungen beschränkt sind bzw. das Aufbringen weiterer Schichten nur auf die Lötflächenöffnungen deutlich erleichtert wird.
Bei dem Verfahren kann ferner eine lötfähige Schicht oder Schichtfolge, insbesondere Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn umfassend, auf die Metallkontaktbahnen der ersten Hauptoberfläche und die Lötflächenöffnungen der zweiten Hauptoberfläche galvanisch und/oder chemisch aufgebracht werden, wobei ferner die Verstärkungsschicht der ersten Hauptoberfläche von der Schicht der zweiten Hauptoberfläche verschieden sein kann. Hierdurch werden Lötflächen hergestellt, die durch Löten einfach kontaktiert werden können, um die zweite Hauptoberfläche des Silizium-Substrats elektrisch zu kontaktieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls eine Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat, das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche eine Aluminium-Dotierschicht aufweist und das Silizium-Substrat eine Dicke von weniger als ca. 200 μιτι, insbesondere weniger als ca. 180 μιτι, aufweist. Vorteilhaft an dieser Solarzelle ist, dass aufgrund der geringeren Dicke weniger Silizium für das Silizium-Substrat benötigt wird, was Kosten einspart. Zeichnungen
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form schränken. Es zeigen:
Fig. 1 - Fig. 14 Querschnittsansichten eines Silizium-Substrats nach verschiedenen Schritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet. Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Silizium-Substrats 1, das als Ausgangs-Silizium-Substrat des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Das
Silizium-Substrat 1 weist eine erste Hauptoberfläche 2, die im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dient, und eine zweite Hauptoberfläche 3 auf, die als im Gebrauchszustand Rückseite dient. Das Silizium 4 des Silizium-Substrats 1 ist n- oder p-dotiert. Das Silizium 4 des Silizium-Substrats 1 kann monokristallin oder multikristallin sein. Die erste Hauptoberfläche 2 und die zweite Hauptoberfläche 3 wurden sägeschadengeätzt. Darüber hinaus wurde das Silizium-Substrat 1 beidseitig texturiert. In der ersten 2 und zweiten Hauptoberfläche 3 ist eine Phosphor-Dotierschicht 5 angeordnet. Die Phosphor-Dotier- schicht 5 wurde beispielsweise durch Diffusion und anschließendem Eintreibschritt erzeugt. Danach wurde das durch die Diffusion und anschließendem Eintreibschritt erzeugte Phosphorsilikatglas von den beiden Hauptoberflächen 2, 3 entfernt. Fig. 2 zeigt das Silizium-Substrat 1 nach einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wurde einen Antireflexionsschicht oder Antirefle- xionsschichtfolge 6 auf die erste Hauptoberfläche 2 des Silizium-Substrats 1 aufgebracht, beispielsweise durch Oxidation und/oder PECVD-Verfahren oder andere bekannten Methoden. Die Antireflexionsschicht bzw. Antireflexions- schichtfolge 6 umfasst eine Siliziumnitridschicht und/oder eine Siliziumoxid- Siliziumnitrid-Schichtfolge. Diese dient zusätzlich als Passivierungsschicht der ersten Hauptoberfläche . Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren optionalen Verfahrensschritt. In dem Verfahrensschritt wird die Phosphor-Dotierschicht 5 der zweiten Hauptoberfläche 3 weggeätzt. Hierdurch wird auch die Texturierung der zweiten Hauptoberfläche 3 geglättet. Vorzugsweise wird hierzu Kalilauge oder HF/HN03 verwendet. Falls die Phosphordotierschicht 5 der zweiten Hauptoberfläche 3 nicht entfernt wird, muss die nachfolgende Dotierung mit Aluminium die Phosphor-Dotierung der zweiten Hauptoberfläche 3 überkompensieren. Zudem bleibt ohne diese optionalen Verfahrensschritt die Textur der zweiten Hauptoberfläche 3 erhalten. Im nächsten Verfahrensschritt wird eine möglichst reine, wenige Mikrometer dünne Aluminiumschicht 7 auf die zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht.
Unter einer möglichst reinen Aluminiumschicht 7 ist eine Schicht zu verstehen, die im Wesentlichen nur Aluminium umfasst. Die Aluminium-Dünnschicht 7 wird über die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern, bis zu einem möglichst geringen Abstand von der Kante des Silizium-Substrats 1. Der Abstand zur Kante kann auch Null betragen. Fig. 4 zeigt das Silizium-Substrat 1 nach diesem Verfahrensschritt. Die Dicke der Aluminium-Dünnschicht 7 wird hinsichtlich der gewünschten Tiefe der in einem späteren Verfahrensschritt hergestellten Aluminiumdotier- schicht 8 gewählt. Die Tiefe der Aluminiumdotierschicht 8 kann zwischen 1 μιτι und 10 μιτι liegen. Die Aluminiumdotierschicht 8 fungiert als Emitter bzw. als Back-Surface-Field, je nach Dotierung des Silizium-Substrats 1.
In Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach einem weiteren optionalen Verfahrensschritt gezeigt. Die Aluminium-Dünnschicht 7 kann, beispielsweise in der für das Auftragen der Aluminium-Dünnschicht 7 verwendeten Sputter- oder Aufdampf-Anlage, mit einer dünnen dielektrischen Schicht 9, die vorzugsweise ein Oxid und/oder ein Nitrid umfasst, bedeckt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass weitgehend keine Oxidation des Aluminiums der Aluminium-Dünnschicht 7 an Luft stattfindet.
Im nächsten Verfahrensschritt werden auf die erste Hauptoberfläche 2 Metallkontaktbahnen 10, sogenannte Metallfinger, und optional Sammelschienen, sogenannte Busbars, aufgebracht. Die Breite der Metallkontaktbahnen 10 bzw. Metallfinger ist möglichst gering. Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach diesem Aufbringen. Das Aufbringen kann mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Methode geschehen. Vorzugsweise werden die Metallkontaktbahnen 10 und die Sammelschienen mit einer Silberpaste gedruckt, mit silberhaltiger Aerosol-Tinte gesprüht oder aus feinen Kanülen extrudiert.
Die erste Hauptoberfläche 2 kann mit einer selektiven Dotierung, d. h. einer Dotierung mit einer höheren Dotierstoffkonzentration und/oder einer tiefer in das Silizium-Substrat 1 hineinreichen Dotierschicht, insbesondere unterhalb den Metallkontaktbahnen und/oder Sammelschienen, versehen werden bzw. eine solche aufweisen.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Silizium-Substrats 1 nach dem nächsten Verfahrensschritt. Bei diesem Verfahrensschritt wird eine dielektri- sehe, glasbildende Paste 11 auf die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht und getrocknet. Die Paste 11 deckt die Aluminium-Dünnschicht 7 vollständig ab. Diese Abdeckung der Aluminium-Dünnschicht 7 ist als vorübergehende Abdeckung während des Verfahrens gedacht und wird nach der Dotierung der zweiten Hauptoberfläche 3 mit Aluminium wieder entfernt. Daher wird die Dicke der aufgetragenen Paste 11 möglichst dünn gewählt. Typischerweise beträgt die Dicke 10 μιτι - 12 μιτι.
Im nächsten Verfahrensschritt wird die Paste 10 zur Bildung von Metallkontaktbahnen und optionalen Sammelschienen auf der ersten Hauptoberfläche 2 und die glasbildende Paste 11 auf der zweiten Hauptoberfläche 3 gleichzeitig gesintert bzw. erhitzt, vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb von 800 °C. Beim Aufheizen oberhalb von 577 °C bilden die Aluminium-Dünnschicht 7 und das Silizium 4 an der zweiten Hauptoberfläche 3 eine flüssige eutektische AlSi- Phase. Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach diesem Verfahrensschritt. Die Dicke der flüssigen Eutektikumsschicht unter der Glaspaste 11 bzw. Glasabdeckung 12 hängt zu jedem Zeitpunkt von der gerade herrschenden Temperatur und der Dicke der Aluminium-Dünnschicht 7 ab. Nach kurzem Erhitzen oberhalb von 800 °C rekristallisiert beim Abkühlen unter die eutektische Temperatur (ca. 577 °C) die Aluminium-dotierte Kristall- schlicht von innen nach außen zu einer p+-Schicht, die bei einem n-dotierten Silizium-Substrat 1 den Emitter, und bei einem p-dotierten Silizium-Substrat 1 das Back-Surface-Field darstellt. Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach diesem Verfahrensschritt, in dem eine Aluminiumdotierschicht 8 auf der zweiten Hauptoberfläche 3 entstanden ist. Die Glas- paste 11 bzw. Glasabdeckung 12 verhindert eine Oxidation der flüssigen AlSi- Eutektikumsschicht.
Anschließend erstarrt die restliche eutektische Schmelze in Form der Randphasen des Phasendiagramms zur AlSi-Schicht mit körnigem Gefüge. Nach der Dotierung der zweiten Hauptoberfläche 3 mit Aluminium werden alle Schichten auf der zweiten Hauptoberfläche 3 oberhalb der Aluminiumdotierschicht 8 entfernt. Hierzu werden zunächst mit Flusssäure die dielektrische Schicht 12 und die optionale dielektrische Schicht 9 und anschließend die AISi- und Aluminium-haltigen Restschichten mit einer geeigneten Säure abgeätzt. Das Silizium-Substrat 1 nach diesem Verfahrensschritt ist in Fig. 9 zu sehen. Die Schichten auf der ersten Hauptoberfläche 2 werden von diesem Ätzvorgang im Wesentlich nicht angegriffen.
Da die Glasschicht nur vorübergehende benötigt wird kann ihre Dicke
möglichst dünn gewählt werden, vorzugsweise zwischen 10 μιτι bis 12 pm.
Aufgrund der geringeren Dicke wird weniger Säure benötigt, um diese Schicht wieder aufzulösen bzw. zu entfernen. Im Vergleich zu der Entfernung einer 40 μιτι dicken Aluminiumschicht bzw. Siebdruck-Aluminiumschicht gemäß dem Stand der Technik, wird wenigstens eine Faktor 4 geringere Menge an Säure, insbesondere Flusssäure, benötigt.
Die nun freiliegende Siliziumoberfläche der zweiten Hauptoberfläche 3, die mit Aluminium dotiert ist, wird nun mit einer für p+-Dotierung geeigneten Passi- vierungsschicht 13 beschichtet (siehe Fig. 10). Anschließend wird mit einem bekannten Verfahren die Passivierungsschicht 13 lokal geöffnet, beispielsweise durch Laserablation, Ätzpaste und/oder Ionenätzen. Dabei werden auch die Bereiche (Durchbrüche 15 für lokale Kontakte und Lötflächenbereiche 17) freigelegt, an denen in späteren Verfahrensschritten die lötfähigen Metallflächen (Sammelschienen bzw. Busbars oder Lötkontaktflächen) auf die zweite Hauptoberfläche 3 aufgebracht werden sollen. Das Silizium-Substrat 1 mit der lokal geöffneten Passivierungsschicht 13 ist in Querschnittsansicht in Fig. 11 zu sehen.
Anschließend wird die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 mit einem aus dem Stand der Technik bekannten PVD-Verfahren, z. B. durch Sputtern oder Auf- dampfen, mit einer weiteren Aluminiumschicht 14 bedeckt. Die weitere Aluminiumschicht 14 ist hinreichend dick und berührt die Aluminiumdotierschicht 8 der zweiten Hauptoberfläche 3 des Silizium-Substrats 1 in den geöffneten Bereichen bzw. Öffnungen 15, 17 direkt und liegt in allen anderen Bereichen der zweiten Hauptoberfläche 3 auf der Passivierungsschicht 13 auf. Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach diesem Verfahrensschritt. Vorteilhafterweise wird in derselben PVD-Anlage eine dünne n ickel ha Itige Schicht auf die weitere Aluminiumschicht 14 aufgetragen, um darauf in den Sammelschienen- oder Lötkontaktflächenbereichen später im Verfahren eine lötfähige Schicht in einem chemischen oder galvanischen Prozess einfacher abscheiden zu können.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird, um die Verstärkung auf die Lötflächenbereiche einzuschränken, in derselben Anlage eine dünne dielektrische bzw. isolierende Schicht 16 auf die gesamte zweite Hauptoberfläche 3 aufge- tragen. Anschließend wird diese dielektrische Isolierschicht 16 mit einem der bekannten Verfahren (Laserablation, Ätzpaste, Ionenätzen) in den Lötflächenbereichen zum Bilden von Lötflächenöffnungen 17 geöffnet. Das Silizium- Substrat nach diesem Verfahrensschritt ist in Fig. 13 zu sehen. Hierdurch wird eine nachträgliche chemische und/oder galvanische Verstärkung 18 aus- schließlich der Lötflächenöffnungen 17 ermöglicht bzw. erleichtert.
Als letzter Verfahrensschritt werden die Metallkontaktbahnen 10 der ersten Hauptoberfläche 2 und die Lötkontaktflächen 17 der zweiten Hauptoberfläche 3 mit einer lötfähigen Schichtfolge 18, 19 verstärkt. Die lötfähige Schichtfolge 19 besteht aus einer geeigneten Kombination der Metalle Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn. Das Auftragen der lötfähigen Schichtfolge 19 kann galvanisch oder chemisch vonstatten gehen. Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht des Silizium-Substrats 1 nach diesem letzten Verfahrensschritt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Schritte des Verfahrens für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Im Übrigen ist die Ausführung der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele und hervorgehobenen Aspekte beschränkt, sondern lediglich durch den Schutzbereich der anhängenden Patentansprüche.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, folgende Schritte umfassend :
- Aufbringen einer Dünnschicht (7), die im Wesentlichen Aluminium umfasst, auf die zweite Hauptoberfläche (3),
- Aufbringen und Trocknen einer dielektrischen, glasbildenden Paste (11) auf die zweite Hauptoberfläche (2) zum Abdecken der Aluminium-Dünnschicht (7),
- Erhitzen und/oder Sintern der Paste (11) auf der zweiten Hauptoberfläche (3), insbesondere bei Temperaturen über ca. 577 °C, zur Erzeugung einer Aluminium-Dotierschicht (8) in der zweiten Hauptoberfläche (3), und
- Entfernen der bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Glasschicht (12) und einer bei dem Erhitzen und/oder Sintern entstandenen Aluminium-Silizium-Eutetikumsschicht von der zweiten Hauptoberfläche (3), wodurch die Aluminium-Dotierschicht (8) freigelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen und/oder Sintern bei einer Temperatur von mindestens 800 °C abläuft.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Paste (11) mittels Drucken, insbesondere mittels Siebdruck, aufgetragen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Glasschicht (12), insbesondere mittels Flusssäure, und die Aluminium-Sili- zium-Eutetikumsschicht, insbesondere mittels Salzsäure, von der zweiten Hauptoberfläche (3) weggeätzt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner
Metallkontaktbahnen (10) zum Kontaktieren des Silizium-Substrats (1) und optional Sammelschienen zum elektrischen Verbinden der Metallkontaktbahnen (10) auf die erste Hauptoberfläche (2) aufgebracht werden, wobei während des Erhitzens und/oder Sinterns der Paste (11) auf der zweiten Hauptoberfläche (3) gleichzeitig die Metallkontaktbahnen (10) und die optionalen Sammelschienen erhitzt und/oder gesintert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Metallkontaktbahnen und die
optionalen Sammelschienen durch Aufdrucken einer Silberpaste und/oder Aufsprühen einer silberhaltigen Aerosol-Tinte und/oder Extrudieren einer Silberpaste aus feinen Kanülen aufgebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner vor dem Aufbringen der Paste (11) auf die zweite Hauptoberfläche (3) eine dünne dielektrische Schicht (9), insbesondere ein Oxid und/oder ein Nitrid umfassend, auf die Dünnschicht (7) zur Vermeidung einer Oxida- tion des Aluminiums der Dünnschicht (7) an Luft aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner nach dem Freilegen der Aluminium-Dotierschicht (8)
- eine Passivierungsschicht (13) auf die zweite Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird, - die Passivierungsschicht (13) von Bereichen der zweiten Hauptoberfläche (3) zum Bilden von Öffnungen (15, 17) entfernt wird, und
- eine weitere Aluminiumschicht (14), insbesondere durch ein PVD- Verfahren, vorzugsweise Sputtern und/oder Aufdampfen, auf die zweite Hauptoberfläche (3) zum Kontaktieren der Aluminium- Dotierschicht (8) in den Öffnungen (15, 17) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Entfernen der Passivierungsschicht (13) von Bereichen der zweiten Hauptoberfläche (3) mittels Laserablation, Ätzpaste und/oder Ionenätzen geschieht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei ferner eine n ickel ha Itige Grundschicht auf die weitere Aluminiumschicht (14) der zweiten Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird zur Ermöglichung einer chemischen und/oder galvanischen Verstärkung (18).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, wobei ferner nach dem Aufbringen der weiteren Aluminiumschicht (14) und der optionalen nickelhaltigen Schicht auf die zweite Hauptoberfläche (3)
- eine Isolierungsschicht (16) auf die zweite Hauptoberfläche (3) aufgebracht wird, und
- die Isolierungsschicht (16) von Bereichen der zweiten Hauptoberfläche (3) zum erneuten Freilegen der Lötflächen (17), insbesondere mittels Laserablation, Ätzpaste und/oder Ionenätzen, entfernt wird zur Ermöglichung einer nachträglichen chemischen und/oder galvanischen Verstärkung (18) der Lötflächenöffnungen (17).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ferner eine lötfähige Schicht oder Schichtfolge, insbesondere Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn umfassend, auf die Metallkontaktbahnen (10) der ersten Hauptoberflä- che (2) und in die Lötflächenöffnungen (17) der zweiten Hauptoberfläche (3) galvanisch und/oder chemisch aufgebracht wird, wobei ferner die Verstärkungsschicht (18) der ersten Hauptoberfläche (2) von der Schicht (1) der zweiten Hauptoberfläche (3) verschieden sein kann.
13. Solarzelle aus einem p-dotierten oder n-dotierten Silizium-Substrat (1), das eine im Gebrauchszustand als Lichteinfallsseite dienende erste Hauptoberfläche (2) und eine als Rückseite dienende zweite Hauptoberfläche (3) aufweist, wobei die zweite Hauptoberfläche (3) eine
Aluminiumdotierschicht (8) aufweist und das Silizium-Substrat (1) eine
Dicke von weniger als ca. 200 μιτι aufweist.
14. Solarzelle nach Anspruch 13 mit einer Passivierungsschicht (13), die auf der Aluminiumdotierschicht (8) angeordnet ist, mit Öffnungen (15, 17), und einer auf der Passivierungsschicht (13) angeordneten weiteren
Aluminiumschicht (14) zum Kontaktieren der Aluminium-Dotierschicht (8) in den Öffnungen (15, 17).
15. Solarzelle nach Anspruch 13 oder 14, wobei Metallkontaktbahnen (10) auf der ersten Hauptoberfläche (2) und/oder Lötflächenöffnungen (17) auf der zweiten Hauptoberfläche (3) angeordnet sind und die Metallkontaktbahnen (10) und/oder Lötflächenöffnungen (17) mit einer lötfähigen Schicht oder Schichtfolge, insbesondere Nickel, Silber, Kupfer und/oder Zinn umfassend, verstärkt sind.
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