DE102014218948A1 - Solar cell with an amorphous silicon layer and method for producing such a photovoltaic solar cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Aufbringen einer Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar auf eine Rückseite eines Siliziumsubstrates;
B Aufbringen einer Siliziumschicht mittelbar oder unmittelbar auf die Tunnelschicht, welche Siliziumschicht mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps dotiert ist;
C Erzeugen einer Mehrzahl alternierend angeordneter Dotierbereiche mittels Implantation eines zweiten Dotierstoffs eines zweiten Dotierungstyps, welcher zweite Dotierungstyp zu dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist;
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die Siliziumschicht als amorphe Siliziumschicht abgeschieden wird und in Verfahrensschritt C die Implantation des zweiten Dotierstoffes in die amorphe Siliziumschicht erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine photovoltaische Solarzelle.The invention relates to a method for producing a photovoltaic solar cell, comprising the following method steps:
A applying a tunnel layer directly or indirectly to a back side of a silicon substrate;
B applying a silicon layer directly or indirectly to the tunnel layer, which silicon layer is doped with a first dopant of a first doping type;
C generating a plurality of alternately arranged doping regions by implanting a second dopant of a second doping type, which second doping type is opposite to the first doping type;
The invention is characterized in that, in method step B, the silicon layer is deposited as an amorphous silicon layer and in method step C the implantation of the second dopant into the amorphous silicon layer takes place. The invention further relates to a photovoltaic solar cell.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine photovoltaische Solarzelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 14.The invention relates to a method for producing a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 1 and to a photovoltaic solar cell according to the preamble of claim 14.

Solche photovoltaischen Solarzellen umfassen ein Siliziumsubstrat mit einer auf einer Rückseite des Siliziumsubstrats mittelbar oder unmittelbar angeordneten Tunnelschicht und einer auf der Tunnelschicht mittelbar oder unmittelbar angeordneten Siliziumschicht. Die Siliziumschicht weist eine Mehrzahl alternierend angeordneter p- und n-dotierter Bereiche auf. Die Siliziumschicht kann hierbei weitere Stoffe aufweisen, beispielsweise als SiC-Schicht, SiO-Schicht oder SiN-Schicht ausgebildet sein.Such photovoltaic solar cells comprise a silicon substrate with a tunnel layer directly or indirectly arranged on a back side of the silicon substrate and a silicon layer directly or indirectly arranged on the tunnel layer. The silicon layer has a plurality of alternately arranged p- and n-doped regions. The silicon layer may in this case have further substances, for example, be formed as SiC layer, SiO layer or SiN layer.

Photovoltaische Rückseitenkontaktzellen sind an sich bekannt und weisen beide Kontaktierungspolaritäten auf der bei Benutzung dem Lichteinfall abgewandten Rückseite der Solarzelle auf, sodass eine einfachere Verschaltung im Modul möglich ist und insbesondere an der Vorderseite es nicht notwendig ist, metallische Kontaktierungsstrukturen anzuordnen, sodass Abschattungsverluste durch solche metallischen Kontaktierungsstrukturen vermieden werden, da die metallischen Kontaktierungsstrukturen beider Polaritäten auf der Rückseite angeordnet werden können.Photovoltaic rear contact cells are known per se and have both Kontaktierungspolaritäten on the side facing away from light incidence of the solar cell, so that a simpler interconnection in the module is possible and in particular on the front it is not necessary to arrange metallic contact structures, so Abschattungsverluste by such metallic contacting structures be avoided, since the metallic contacting structures of both polarities can be arranged on the back.

Die vorliegende Erfindung betrifft hierbei eine spezielle Ausgestaltung solch einer Rückseitenkontaktzelle, bei welcher auf dem Siliziumsubstrat eine Tunnelschicht und auf der Tunnelschicht eine Siliziumschicht mit den alternierend, d. h. abwechselnd, angeordneten p- und n-dotierten Bereichen aufgebracht ist.In this case, the present invention relates to a special embodiment of such a rear-side contact cell, in which a silicon layer on the silicon substrate and on the tunnel layer, a silicon layer with the alternating, d. H. alternately, arranged p- and n-doped regions is applied.

Derartige rückseitenkontaktierte photovoltaische Silizium-Solarzellen besitzen ein sehr hohes Wirkungsgradpotenzial, da sie wie zuvor beschrieben keine Abschattung auf der dem Lichteinfall zugewandten Vorderseite aufgrund metallischer Kontaktstrukturen aufweisen und rückseitig die Metallisierung unabhängig von optischen Einschränkungen optimiert werden kann. Bei vorbekannten rückseitenkontaktierten Silizium-Solarzellen mit in einem Siliziumsubstrat eindiffundierten Emittern ist die Ladungsträgerrekombination in diesem hochdotierten Bereich, insbesondere an den Bereichen welche mit Metallkontakten versehen sind, jedoch dominierend, sodass ein dotierter Emitter oder ein sogenanntes Back Surface Field (BSF), das heißt eine Hochdotierung des Basis-Dotierungstyps eine Limitierung der Offenklemmspannung der Solarzelle darstellt.Such rear-contacted photovoltaic silicon solar cells have a very high efficiency potential since, as described above, they have no shadowing on the front side facing the light incidence due to metallic contact structures and on the backside the metallization can be optimized independently of optical limitations. In prior art back-contacted silicon solar cells with diffused emitters in a silicon substrate, the charge carrier recombination in this highly doped region, in particular at the areas which are provided with metal contacts, but dominating, so that a doped emitter or a so-called back surface field (BSF), that is High doping of the basic doping type represents a limitation of the open-circuit voltage of the solar cell.

Es ist daher bekannt, den Wirkungsgrad dadurch zu erhöhen, dass zwar Emitter und BSF an der Rückseite der Solarzelle angeordnet sind, jedoch durch eine dünne dielektrische Tunnelschicht von dem Substrat abgetrennt sind; Es ergibt sich somit ein sogenannter Hetero-Übergang. Hierdurch wird eine Dunkelsättigungsstromdichte verringert und es können somit vergleichsweise höhere Offenklemmspannungen erzielt werden. Eine solche Solarzelle ist beispielsweise in US 7,468,485 B1 beschrieben.It is therefore known to increase the efficiency in that, although emitter and BSF are arranged at the back of the solar cell, but are separated by a thin dielectric tunnel layer of the substrate; This results in a so-called hetero-junction. As a result, a dark saturation current density is reduced and thus comparatively higher open-circuit voltages can be achieved. Such a solar cell is for example in US 7,468,485 B1 described.

Zur Herstellung solch einer Solarzelle ist es aus der vorgenannten Schrift und ebenso aus US 2009/0308438 A1 sowie aus US 2010/0139764 A1 bekannt, auf die vorgenannte dielektrische Tunnelschicht eine polykristalline Siliziumschicht aufzubringen, anschließend die polykristalline Siliziumschicht zu strukturieren und nacheinander p- und n-Dotierstoffquellen aufzubringen. Weiterhin sind Verfahren zur Herstellung einer solchen Solarzellenstruktur aus WO 2012/039831 A1 bekannt.For the production of such a solar cell, it is from the aforementioned document and also from US 2009/0308438 A1 as well as out US 2010/0139764 A1 is known to apply to the aforementioned dielectric tunnel layer, a polycrystalline silicon layer, then to pattern the polycrystalline silicon layer and successively apply p and n-dopant sources. Furthermore, methods for producing such a solar cell structure are WO 2012/039831 A1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photovoltaische Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle zur Verfügung zu stellen, so dass das Verhältnis Wirkungsgrad der Solarzelle zu Herstellungskosten verbessert wird, indem der Wirkungsgrad erhöht und/oder die Herstellungskosten verringert werden.The invention has for its object to provide a photovoltaic solar cell and a method for producing a photovoltaic solar cell available, so that the ratio of efficiency of the solar cell is improved to manufacturing costs by increasing the efficiency and / or reducing the manufacturing cost.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 1 sowie durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 14. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 13 und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle finden sich in Anspruch 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.This object is achieved by a method for producing a photovoltaic solar cell according to claim 1 and by a photovoltaic solar cell according to claim 14. Preferred embodiments of the method according to the invention can be found in claims 2 to 13 and preferred embodiments of the solar cell according to the invention can be found in claim 15. Hiermit the wording of all claims is explicitly included by reference in the description.

Die erfindungsgemäße Solarzelle wird vorzugsweise mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Solarzelle, insbesondere einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon ausgebildet.The solar cell according to the invention is preferably produced by means of the process according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof. The method according to the invention is preferably designed for producing a solar cell according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt das Aufbringen einer Tunnelschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf eine Rückseite eines Siliziumsubstrats.The method according to the invention comprises the following method steps:
In a method step A, the application of a tunnel layer takes place indirectly or preferably directly on a back side of a silicon substrate.

In einem Verfahrensschritt B erfolgt das Aufbringen einer Siliziumschicht mittelbar oder unmittelbar auf die Tunnelschicht. Die Siliziumschicht ist mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps dotiert.In a method step B, the application of a silicon layer takes place directly or indirectly on the tunnel layer. The silicon layer is doped with a first dopant of a first doping type.

In einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Erzeugen einer Mehrzahl alternierend angeordneter Dotierbereiche mittels Implantation eines zweiten Dotierstoffs eines zweiten Dotierungstyps. Der zweite Dotierungstyp ist zu dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt. Dotierungstypen sind hierbei der n-Dotierungstyp und der hierzu entgegengesetzte p-Dotierungstyp. In a method step C, a plurality of alternately arranged doping regions is produced by implantation of a second dopant of a second doping type. The second doping type is opposite to the first doping type. Doping types here are the n-type doping and the opposite p-type doping.

Wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B die Siliziumschicht als amorphe Siliziumschicht abgeschieden wird und in Verfahrensschritt C die Implantation des zweiten Dotierstoffes in die amorphe Siliziumschicht erfolgt.It is essential that in step B, the silicon layer is deposited as an amorphous silicon layer and in step C, the implantation of the second dopant is carried out in the amorphous silicon layer.

Bei bisherigen Verfahren zum Erzeugen alternierender Dotierbereiche mittels Implantation ist es bekannt, mittels Überkompensation in einem dotieren Siliziumsubstrat alternierend Bereiche mit entgegengesetztem Dotierungstyp zu erzeugen, wie beispielsweise in US 2009/0227095 A1 beschrieben. Alternativ ist es bekannt, in eine undotierte polykristalline Siliziumschicht unter Verwendung von Schattenmasken alternierend n- und p-dotierte Bereiche auszubilden, wie beispielsweise in US 2012/0322199 A1 beschrieben.In previous methods for generating alternating doping regions by means of implantation, it is known to alternately produce areas of opposite doping type by means of overcompensation in a doped silicon substrate, such as, for example, in US Pat US 2009/0227095 A1 described. Alternatively, it is known to form in an undoped polycrystalline silicon layer using shadow masks alternately n- and p-doped regions, such as in US 2012/0322199 A1 described.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden nun erhebliche Vorteile erzielt:
Die Ausbildung der Siliziumschicht als amorphe Siliziumschicht bietet den Vorteil, dass gegenüber dem Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht weitere Abscheidetechniken zur Verfügung stehen, welche einen günstigeren Herstellungsprozess ermöglichen und insbesondere in einfacher Weise das einseitige Abscheiden der Siliziumschicht ermöglichen. Bei dem Abscheiden einer polykristallinen Siliziumschicht ist mit den üblichen Verfahren typischerweise eine beidseitige Abscheidung unvermeidbar, welche somit eine Komplikation für den gesamten Verfahrensablauf darstellt, indem entweder die vorderseitig abgeschiedene polykristalline Siliziumschicht in die Schichtstruktur eingebunden wird oder wieder abgetragen werden muss.Significant advantages are now achieved by the method according to the invention:
The formation of the silicon layer as an amorphous silicon layer offers the advantage that compared to the deposition of a polycrystalline silicon layer, further deposition techniques are available, which enable a more favorable production process and, in particular, enable the one-sided deposition of the silicon layer in a simple manner. In the deposition of a polycrystalline silicon layer is typically inevitable with the usual methods, a double-sided deposition, which thus represents a complication for the entire process flow by either the front-deposited polycrystalline silicon layer is incorporated into the layer structure or must be removed again.

Die Bezeichnung amorphes und kristallines Silizium beziehen sich hierbei auf die an sich bekannten Definitionen: amorphes Silizium besitzt eine Nahordnung, jedoch keine Fernordnung. Kristallines Silizium hingegen besitzt eine Nah- und Fernordnung.The term amorphous and crystalline silicon refer to the definitions known per se: amorphous silicon has close proximity but no long-range order. In contrast, crystalline silicon has close and long order.

Darüber hinaus kann es bei polykristallinen Siliziumschichten auf der Rückseite, d. h. der bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandten Seite der Solarzelle zu einer erhöhten parasitären Absorption von einfallender Strahlung kommen, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle verringert wird. Dieser Nachteil wird durch eine amorphe Siliziumschicht auf der Rückseite der Solarzelle vermieden.In addition, with polycrystalline silicon layers on the back, i. H. the side of the solar cell remote from the incident radiation when used makes use of increased parasitic absorption of incident radiation, which reduces the efficiency of the solar cell. This disadvantage is avoided by an amorphous silicon layer on the back of the solar cell.

In bisherigen Verfahren wurde auf amorphe Siliziumschichten verzichtet, da insbesondere die Dotierung amorpher Siliziumschichten in der Fachwelt als prozesstechnisch aufwändig und somit kostenintensiv angesehen wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet bzw. kompensiert diesen Nachteil, basierend auf der Erkenntnis, dass die Möglichkeit der einseitigen Abscheidung einer amorphen Schicht und der kostengünstigen Abscheideprozessen für amorphe Schichten in Kombination mit dem Erzeugen der alternierenden Dotierbereiche mittels lokaler Überkompensation durch Implantation des zweiten Dotierstoffes im Ergebnis zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades und/oder zu einem kostengünstigerem Herstellungsprozess führt.In previous methods, amorphous silicon layers were dispensed with, since in particular the doping of amorphous silicon layers was considered to be technically complicated and therefore costly in the art. The inventive method avoids or compensates for this disadvantage, based on the finding that the possibility of one-sided deposition of an amorphous layer and the cost-effective deposition processes for amorphous layers in combination with the generation of the alternating doping regions by means of local overcompensation by implantation of the second dopant as a result an increase in efficiency and / or leads to a more cost-effective manufacturing process.

Die vorangehend genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine photovoltaische Solarzelle gemäß Anspruch 14 gelöst. Die erfindungsgemäße Solarzelle weist ein Siliziumsubstrat auf, eine mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf eine Rückseite des Siliziumsubstrats aufgebrachte Tunnelschicht und eine mittelbar oder unmittelbar auf eine dem Siliziumsubstrat abgewandte Seite der Tunnelschicht angeordnete Siliziumschicht. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass weitere, an sich bekannte Komponenten einer photovoltaischen Solarzelle vorgesehen sind, insbesondere weitere Dotierbereiche, metallische Kontaktierungsstrukturen zum Abführen von Ladungsträgern und/oder weitere Schichten zur elektrischen Passivierung und/oder Verbesserung der optischen Eigenschaften.The above object is further achieved by a photovoltaic solar cell according to claim 14. The solar cell according to the invention has a silicon substrate, a tunnel layer applied indirectly or preferably directly to a back side of the silicon substrate and a silicon layer arranged directly or indirectly on a side of the tunnel layer facing away from the silicon substrate. In this case, it is within the scope of the invention that further, known per se components of a photovoltaic solar cell are provided, in particular further doping regions, metallic contacting structures for discharging charge carriers and / or further layers for electrical passivation and / or improvement of the optical properties.

Die Siliziumschicht weist alternierend Bereiche mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps und Bereiche mit einem zweiten Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps auf. Erster und zweiter Dotierungstyp sind entgegengesetzt. Auch hierbei sind die Dotierungstypen der n-Dotierungstyp und der hierzu entgegengesetzte p-Dotierungstyp.The silicon layer has alternating regions with a first dopant of a first doping type and regions with a second dopant of a second doping type. First and second doping types are opposite. Here, too, the doping types are the n-doping type and the p-type doping opposite thereto.

Wesentlich ist, dass die Siliziumschicht zumindest teilweise amorph ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich die zuvor genannten Vorteile der Wirkungsgradsteigerung und/oder der kostengünstigeren Herstellung.It is essential that the silicon layer is at least partially amorphous. This results in the aforementioned advantages of increasing the efficiency and / or the cost-effective production.

In besonderer Weise werden die genannten Vorteile erzielt, indem in einer bevorzugten Ausführungsform in Verfahrensschritt B die Siliziumschicht vollständig amorph abgeschieden wird und entsprechend in Verfahrensschritt C die Implantation des Dotierstoffes in die vollständig amorphe Siliziumschicht erfolgt. Ebenso weist die erfindungsgemäße Solarzelle vorzugsweise eine vollständig amorphe Siliziumschicht auf.In a special way, the stated advantages are achieved by the silicon layer being deposited completely amorphously in a preferred embodiment in method step B, and accordingly in method step C the implantation of the dopant into the completely amorphous silicon layer takes place. Likewise, the solar cell according to the invention preferably has a completely amorphous silicon layer.

Bei typischen Solarzellenstrukturen, welche an der Rückseite des Siliziumsubstrats Dotierbereiche mit alternierenden Dotierungstypen aufweisen, ist vorteilhafterweise auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats keine amorphe Siliziumschicht aufgebracht. Vorzugsweise wird daher die amorphe Siliziumschicht lediglich einseitig aufgebracht. Insbesondere wird bevorzugt an der Vorderseite des Siliziumsubstrats keine amorphe Siliziumschicht ausgebildet wird, so dass Strahlung, welche über die Vorderseite in das Siliziumsubstrat eindringt, nicht vor Eindringen in das Siliziumsubstrat in einer amorphen Siliziumschicht absorbiert wird.In typical solar cell structures which have doping regions with alternating doping types on the rear side of the silicon substrate, is advantageously applied to the front side of the silicon substrate no amorphous silicon layer. Preferably, therefore, the amorphous silicon layer is applied only on one side. In particular, no amorphous silicon layer is preferably formed on the front side of the silicon substrate, so that radiation which penetrates into the silicon substrate via the front side is not absorbed in an amorphous silicon layer prior to penetration into the silicon substrate.

Typischerweise wird die erfindungsgemäße Solarzelle ausgebildet, um bei Benutzung vorderseitig mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Sonnenlicht, beaufschlagt zu werden. Vorzugsweise ist somit die Rückseite des Siliziumsubstrats die bei Benutzung der einfallenden Strahlung abgewandte Seite.Typically, the solar cell according to the invention is designed to be subjected to electromagnetic radiation on the front side, in particular sunlight. Preferably, therefore, the back of the silicon substrate is the side facing away from the incident radiation in use.

In Verfahrensschritt B erfolgt das Aufbringen der Siliziumschicht vorzugsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapour deposition), insbesondere mit plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) vorzugsweise unter Verwendung von Silan. Hierdurch wird ein kostengünstiges Verfahren erzielt und insbesondere kann mit den vorgenannten Verfahren in einfacher Weise ein einseitiges Erzeugen der amorphen Siliziumschicht lediglich an der Rückseite des Siliziumsubstrats erfolgen. Die amorphe Siliziumschicht ist mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps dotiert. Diese Dotierung mit dem ersten Dotierstoff erfolgt bevorzugt während der plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) durch Hinzugabe von gasförmigen Dotierstoffen wie beispielsweise Diboran, um einen kostengünstigen Prozess zu erzielen.In method step B, the silicon layer is preferably applied by means of chemical vapor deposition (CVD), in particular by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), preferably using silane. As a result, a cost-effective method is achieved, and in particular can be carried out on one side of the amorphous silicon layer only on the back of the silicon substrate in a simple manner with the aforementioned method. The amorphous silicon layer is doped with a first dopant of a first doping type. This doping with the first dopant is preferably carried out during the plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) by adding gaseous dopants such as diborane, in order to achieve a cost-effective process.

In Verfahrensschritt C wird mittels Implantation der zweite Dotierstoff in die mit dem ersten Dotierstoff dotierte Siliziumschicht eingebracht. Das Erzeugen der alternierend dotierten Dotierbereiche erfolgt somit durch Überkompensation, d. h. indem lokal in denjenigen Bereichen, in welchen der zweite Dotierstoff implantiert wird, der erste Dotierstoff überkompensiert wird und somit eine Dotierung des zweiten Dotierungstyps erzielt wird.In method step C, the second dopant is introduced into the silicon layer doped with the first dopant by means of implantation. The generation of the alternately doped doping regions thus takes place by overcompensation, d. H. by locally overcompensating the first dopant in those regions in which the second dopant is implanted and thus achieving a doping of the second doping type.

Hierbei ist es vorteilhaft, dass der erste Dotierungstyp der p-Dotierungstyp ist und entsprechend der zweite Dotierungstyp der n-Dotierungstyp ist. Hierdurch ergeben sich prozesstechnische Vorteile hinsichtlich der Überkompensation.In this case, it is advantageous that the first doping type is the p-doping type and, correspondingly, the second doping type is the n-doping type. This results in procedural advantages in terms of overcompensation.

Insbesondere ist es vorteilhaft, dass der erste Dotierstoff Bor und/oder der zweite Dotierstoff Phosphor ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein n-Dotierstoff und insbesondere Phosphor prozesstechnisch einfacherer mittels Implantation in die amorphe Siliziumschicht einbringbar ist, verglichen mit p-Dotierstoffen und insbesondere mit Bor.In particular, it is advantageous that the first dopant is boron and / or the second dopant is phosphorus. This results in the advantage that an n-type dopant and in particular phosphorus can be introduced into the amorphous silicon layer in a simpler process by implantation, compared with p-type dopants and in particular with boron.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die elektronische Qualität der amorphen Siliziumschicht erhöht, indem die amorphe Siliziumschicht Kohlenstoff enthaltend ausgebildet wird, insbesondere, indem die amorphe Siliziumschicht als amorphe Siliziumcarbidschicht ausgebildet wird. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad der photovoltaischen Solarzelle. Eine Siliziumcarbidschicht weist unter anderem den Vorteil auf, dass eine solche Schicht resistent gegenüber einigen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen häufig verwendeten Säuren und Basen ist, im Gegensatz zu einer amorphen reinen Siliziumschicht. Hierdurch erweitert sich somit die Bandbreite möglicher Prozessierungsschritte und es können Kosten eingespart werden.In a preferred embodiment, the electronic quality of the amorphous silicon layer is increased by forming the amorphous silicon layer containing carbon, in particular by forming the amorphous silicon layer as an amorphous silicon carbide layer. This increases the efficiency of the photovoltaic solar cell. One of the advantages of a silicon carbide layer is that such a layer is resistant to some acids and bases commonly used in the manufacture of semiconductor devices, as opposed to an amorphous bare silicon layer. As a result, the range of possible processing steps expands and costs can be saved.

Alternativ und/oder zusätzlich ist es vorteilhaft, die amorphe Siliziumschicht Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltend auszubilden, um die elektronische Qualität der amorphen Siliziumschicht zu erhöhen. Vorzugsweise erfolgt in Verfahrensschritt C mittels einer Temperaturbehandlung die Ausbildung der Dotierbereiche des zweiten Dotierungstyps durch den mittels Implantation eingebrachten zweiten Dotierstoff. Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Erwärmung auf eine Temperatur im Bereich von 7000°C bis 1100°C, bevorzugt im Bereich 700°C bis 900°C und insbesondere bevorzugt 800°C bis 900°C. Durch die vorgenannten Temperaturbereiche ist einerseits die Ausbildung der Dotierbereiche des zweiten Dotierungstyps sichergestellt und andererseits wird ein Kristallisieren oder zumindest ein vollständiges Kristallisieren der amorphen Siliziumschicht vermieden. Die Temperaturbehandlung erfolgt somit nach Implantation des zweiten Dotierstoffs und wird bevorzugt in einer Argon oder Stickstoffatmosphäre insbesondere bevorzugt für eine Zeitdauer im Bereich 10 min bis 60 min oder alternativ durch einen schnellen thermischen Anneal (RTA), ebenfalls bevorzugt unter Argon oder Stickstoffatmosphäre, vorzugsweise für eine Zeitdauer im Bereich 10 s bis 60 s, insbesondere bevorzugt 10 s bis 30 s durchgeführt.Alternatively and / or additionally, it is advantageous to form the amorphous silicon layer containing oxygen and / or nitrogen in order to increase the electronic quality of the amorphous silicon layer. In method step C, the formation of the doping regions of the second doping type by means of a temperature treatment preferably takes place through the second dopant introduced by means of implantation. Preference is given here to heating to a temperature in the range from 7000.degree. C. to 1100.degree. C., preferably in the range from 700.degree. C. to 900.degree. C. and particularly preferably from 800.degree. C. to 900.degree. On the one hand, the formation of the doping regions of the second doping type is ensured by the abovementioned temperature ranges and, on the other hand, crystallization or at least complete crystallization of the amorphous silicon layer is avoided. The temperature treatment thus takes place after implantation of the second dopant and is preferably in an argon or nitrogen atmosphere particularly preferably for a period in the range of 10 min to 60 min or alternatively by a rapid thermal anneal (RTA), also preferably under argon or nitrogen atmosphere, preferably for a Duration in the range of 10 s to 60 s, more preferably carried out 10 s to 30 s.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass in der amorphen Siliziumschicht die Dotierbereiche des ersten Dotierungstyps und die Dotierbereiche des zweiten Dotierungstyps unmittelbar aneinander angrenzen. Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Verfahrensabfolge realisiert.It is within the scope of the invention that in the amorphous silicon layer, the doping regions of the first doping type and the doping regions of the second doping type are directly adjacent to one another. As a result, a simple and inexpensive process sequence is realized.

Vorzugsweise wird zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle jeweils ein Abstand zwischen einem Dotierbereich des ersten Dotierungstyps und einem benachbarten Dotierbereich des zweiten Dotierungstyps ausgebildet, um insbesondere Leckströme zu vermeiden. Vorzugsweise werden daher die Bereiche des ersten Dotierungstyps und die Bereiche des zweiten Dotierungstyps der amorphen Siliziumschicht an den einander zugewandten Seiten elektrisch voneinander getrennt. Dies erfolgt bevorzugt in einfacher Weise, indem zwischen den Bereichen des ersten Dotierungstyps und den Bereichen des zweiten Dotierungstyps die amorphe Siliziumschicht lokal entfernt wird. Das lokale Entfernen erfolgt in bevorzugter, kostengünstiger Weise durch Ablatieren, insbesondere bevorzugt mittels eines Lasers.Preferably, in order to increase the efficiency of the solar cell, in each case a distance is formed between a doping region of the first doping type and an adjacent doping region of the second doping type, in order to avoid leakage currents in particular. Preferably, therefore, the regions of the first doping type and the regions of the second doping type of the amorphous silicon layer on the mutually facing sides are electrically separated from each other. This is preferably done in a simple manner by locally removing the amorphous silicon layer between the regions of the first doping type and the regions of the second doping type. The local removal takes place in a preferred, cost-effective manner by ablation, particularly preferably by means of a laser.

Es liegt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass in einem auf Verfahrensschritt C folgenden Verfahrensschritt eine vollständige Kristallisation der als amorphe Siliziumschicht aufgebrachten Siliziumschicht erfolgt. Hierdurch werden die vorgenannten Vorteile des kostengünstigen und insbesondere lediglich einseitigen Aufbringens der amorphen Siliziumschicht weiterhin erzielt und darüber hinaus ist in den auf Verfahrensschritt C nachfolgenden Verfahrensschritten keine Einschränkung hinsichtlich der Temperatur gegeben, so dass auch durch einen Hochtemperaturschritt ein vollständiges Kristallisieren der Siliziumschicht erfolgen kann.It is within the scope of the process according to the invention that, in a process step following process step C, complete crystallization of the silicon layer applied as amorphous silicon layer takes place. As a result, the above-mentioned advantages of the cost-effective and in particular only one-sided application of the amorphous silicon layer are further achieved and, moreover, in the subsequent process step C steps no limitation in terms of temperature, so that even by a high-temperature step, a complete crystallization of the silicon layer can take place.

Vorteilhaft ist es jedoch, dass in den auf Verfahrensschritt C folgenden Verfahrensschritten keine vollständige Kristallisation der amorphen Siliziumschicht erfolgt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass dadurch weniger parasitäre Absorption als bei polykristallinen Schicht stattfindetHowever, it is advantageous that no complete crystallization of the amorphous silicon layer takes place in the process steps following process step C. This has the advantage that less parasitic absorption takes place than with a polycrystalline layer

Vorzugsweise wird der Wirkungsgrad der photovoltaischen Solarzelle erhöht, indem zwischen den Verfahrensschritten A und B in einem Verfahrensschritt A1 eine polykristalline Pufferschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Tunnelschicht abgeschieden wird. Die polykristalline Pufferschicht kann hierbei undotiert sein. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, eine p-dotierte oder eine n-dotierte Pufferschicht vorzusehen.Preferably, the efficiency of the photovoltaic solar cell is increased by depositing a polycrystalline buffer layer indirectly or preferably directly onto the tunnel layer between method steps A and B in a method step A1. The polycrystalline buffer layer may be undoped here. It is likewise within the scope of the invention to provide a p-doped or an n-doped buffer layer.

Eine solche polykristalline Pufferschicht, welche somit zwischen Tunnelschicht und amorpher Siliziumschicht, bevorzugt unmittelbar zwischen Tunnelschicht und amorpher Siliziumschicht angeordnet ist, erhöht den Wirkungsgrad der Solarzelle, da dadurch die amorphe Siliziumschicht, welche oft vergleichsweise defektreich ist, nicht unmittelbar an das Tunneloxid angrenzt und somit die Gesamtladungsträgerrekombination erniedrigt wird.Such a polycrystalline buffer layer, which is thus arranged between the tunnel layer and the amorphous silicon layer, preferably directly between the tunnel layer and the amorphous silicon layer, increases the efficiency of the solar cell, since the amorphous silicon layer, which is often comparatively defective, does not directly adjoin the tunnel oxide and thus the Total charge carrier recombination is lowered.

Die polykristalline Pufferschicht ist vorzugsweise als polykristalline Siliziumschicht ausgebildet und wird insbesondere bevorzugt mittels eines LPCVD-Prozesses (low pressure chemical vapour deposition) aufgebracht. Zwar weist eine solche polykristalline Siliziumschicht die vorbeschriebenen Nachteile auf, dass der Herstellungsprozess vergleichsweise kostenintensiv ist, eine beidseitige Abscheidung unvermeidbar ist und dass eine parasitäre Absorption nachteilig für den Wirkungsgrad der Solarzelle sein kann. Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten photovoltaischen Solarzellen werden die Dotierbereiche mit alternierenden Dotierungstypen jedoch in der amorphen Siliziumschicht ausgebildet, so dass die polykristalline Pufferschicht mit einer geringeren Dicke verglichen mit den polykristallinen Siliziumschichten bei vorbekannten Herstellungsverfahren ausgebildet werden kann.The polycrystalline buffer layer is preferably formed as a polycrystalline silicon layer and is particularly preferably applied by means of an LPCVD process (low pressure chemical vapor deposition). Although such a polycrystalline silicon layer has the disadvantages described above, the manufacturing process is comparatively cost-intensive, deposition on both sides is unavoidable, and parasitic absorption can be detrimental to the efficiency of the solar cell. However, unlike photovoltaic solar cells known in the art, the doping regions having alternating doping types are formed in the amorphous silicon layer, so that the polycrystalline buffer layer having a smaller thickness compared to the polycrystalline silicon layers can be formed in previously known manufacturing processes.

Hierdurch erfolgt aufgrund der geringen Dicke der polykristallinen Pufferschicht nur eine geringfügige Kostenerhöhung und es tritt auch nur eine geringe parasitäre Absorption aufgrund des geringen Volumens der polykristallinen Pufferschicht auf.As a result, due to the small thickness of the polycrystalline buffer layer, only a slight increase in cost occurs and only a small parasitic absorption occurs due to the small volume of the polycrystalline buffer layer.

Vorzugsweise wird die Pufferschicht daher mit einer Dicke im Bereich 1 nm bis 30 nm insbesondere im Bereich 1 nm bis 15 nm, vorzugsweise im Bereich 1 nm bis 10 nm ausgebildet.The buffer layer is therefore preferably formed with a thickness in the range from 1 nm to 30 nm, in particular in the range from 1 nm to 15 nm, preferably in the range from 1 nm to 10 nm.

Die photovoltaische Solarzelle wird bevorzugt wie eingangs erwähnt als rückseitig kontaktierte Solarzelle (RSK-Solarzelle) ausgebildet. Bevorzugt liegen somit sowohl Emitterbereiche, als auch Basisbereiche auf der bei Benutzung dem Strahlungseinfall abgewandten Seite der Solarzelle.The photovoltaic solar cell is preferably formed as mentioned above as a back contacted solar cell (RSK solar cell). Thus, both emitter regions and base regions preferably lie on the side of the solar cell facing away from the incidence of radiation during use.

Die amorphe Siliziumschicht wird in Verfahrensschritt B bevorzugt ganzflächig auf die Rückseite des Siliziumsubstrats aufgebracht. Das Siliziumsubstrat ist typischerweise als Siliziumwafer ausgebildet.In step B, the amorphous silicon layer is preferably applied over the whole area to the backside of the silicon substrate. The silicon substrate is typically formed as a silicon wafer.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, eine oder mehrere Texturierungen zur Verbesserung der optischen Eigenschaften der Solarzelle vorzusehen, insbesondere an der Vorderseite des Siliziumsubstrats an sich bekannte Texturierungen insbesondere pyramidenartige Texturierungen vorzusehen.It is within the scope of the invention to provide one or more texturing to improve the optical properties of the solar cell, in particular to provide on the front side of the silicon substrate known texturing, in particular pyramidal texturing.

Die Tunnelschicht ist vorzugsweise als Oxid, insbesondere als Siliziumoxid ausgebildet und weist insbesondere bevorzugt eine Dicke im Bereich 0,5 nm bis 1,5 nm auf. Die Tunnelschicht kann mittels thermischer Oxidation, mittels nasschemischer Oxidation, mittels trockenchemischer Oxidation oder mittels einer schnellen thermischen Oxidation (RTO) erzeugt werden.The tunnel layer is preferably formed as an oxide, in particular as silicon oxide, and particularly preferably has a thickness in the range 0.5 nm to 1.5 nm. The tunneling layer can be produced by thermal oxidation, by wet-chemical oxidation, by dry-chemical oxidation or by rapid thermal oxidation (RTO).

Die Abscheidung der amorphen Siliziumschicht erfolgt wie zuvor beschrieben vorzugsweise mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung insbesondere bei Temperaturen im Bereich von 150°C bis 500°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 300°C.The deposition of the amorphous silicon layer is carried out as described above, preferably by means of plasma-assisted chemical vapor deposition, in particular at temperatures in the range of 150 ° C to 500 ° C, preferably between 200 ° C and 300 ° C.

Das Erzeugen der Mehrzahl alternierend angeordneter Dotierbereiche in Verfahrensschritt C mittels Implantation des zweiten Dotierstoffs erfolgt vorzugsweise, indem eine Hartmaske verwendet wird, welche diejenigen Bereiche abdeckt, in welchen keine Implantation des zweiten Dotierstoffs erfolgen soll. Diese Hartmaske kann bevorzugt als Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht ausgebildet sein. Ebenso liegt die Verwendung von Fotolack oder Inkjetlack und ebenso Inkjetwachs im Rahmen der Erfindung. Besonders kostengünstig ist die Verwendung einer Schattenmaske, insbesondere bestehend aus Graphit oder Aluminium.The generation of the plurality of alternately arranged doping regions in method step C takes place by means of implantation of the second dopant preferably, by using a hard mask which covers those areas in which no implantation of the second dopant should take place. This hard mask may preferably be formed as a silicon oxide layer or silicon nitride layer. Likewise, the use of photoresist or inkjet varnish and also inkjet wax is within the scope of the invention. Particularly cost-effective is the use of a shadow mask, in particular consisting of graphite or aluminum.

In der vorzugsweisen Ausführungsform, bei welcher wie zuvor beschrieben eine polykristalline Pufferschicht mittelbar oder bevorzugt unmittelbar zwischen Tunnelschicht und amorpher Siliziumschicht angeordnet wird, erfolgt das Aufbringen in Verfahrensschritt A1 vorzugsweise beidseitig, so dass nicht nur an der Rückseite, sondern auch an der Vorderseite des Siliziumsubstrats mittelbar oder bevorzugt unmittelbar eine vorderseitige polykristalline Schicht, insbesondere eine polykristalline Siliziumschicht aufgebracht wird, insbesondere bevorzugt mittels LPCVD. Die vorderseitige polykristalline Siliziumschicht wird vorzugsweise ebenfalls dotiert, insbesondere mittels Ionenimplantation, so dass auch an der Vorderseite des Siliziumsubstrats durch Ausbildung eines Emitters, welcher somit eine Dotierung entgegengesetzt zu einer Basisdotierung des Siliziumsubstrats aufweist oder durch eine Hochdotierung des Basisdotierungstyps eine zusätzliche Verringerung der effektiven Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Vorderseite des Siliziumsubstrats erzielt werden kann.In the preferred embodiment in which, as described above, a polycrystalline buffer layer is arranged indirectly or preferably directly between the tunnel layer and the amorphous silicon layer, the deposition in method step A1 preferably takes place on both sides, so that not only on the rear side but also indirectly on the front side of the silicon substrate or preferably directly a front polycrystalline layer, in particular a polycrystalline silicon layer is applied, in particular preferably by means of LPCVD. The front-side polycrystalline silicon layer is preferably also doped, in particular by ion implantation, so that an additional reduction in the effective surface recombination speed is also achieved on the front side of the silicon substrate by forming an emitter which thus has a doping opposite to a base doping of the silicon substrate or by high doping of the basic doping type the front of the silicon substrate can be achieved.

Insbesondere ist es vorteilhaft, in diesem Fall auch an der Vorderseite zwischen Siliziumsubstrat und polykristalliner Siliziumschicht eine Tunnelschicht vorzusehen. Bevorzugt ist diese Tunnelschicht gemäß einer oder mehrerer der vorbeschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der rückseitigen Tunnelschicht ausgebildet.In particular, it is advantageous in this case also to provide a tunnel layer on the front side between the silicon substrate and the polycrystalline silicon layer. Preferably, this tunnel layer is formed in accordance with one or more of the above-described preferred embodiments of the backside tunnel layer.

Weitere Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren beschrieben. Dabei zeigt:Further features and preferred embodiments will be described below with reference to exemplary embodiments and the figures. Showing:

1 in den Teilbildern a) bis d) Verfahrensschritte eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 in the sub-images a) to d) process steps of a first embodiment of a method according to the invention and

2.1 und 2.2 in den Teilbildern a) bis e) Verfahrensschritte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 2.1 and 2.2 in the sub-images a) to e) process steps of a second embodiment of a method according to the invention.

Sämtliche Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellungen einer photovoltaischen Solarzelle bzw. einer Vorstufe hiervon während der Herstellung. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Elemente.All figures show schematic, not to scale sectional views of a photovoltaic solar cell or a precursor thereof during manufacture. Like reference numerals designate like or equivalent elements.

In den 1a) bis d) ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein als Siliziumwafer ausgebildetes Siliziumsubstrat 1 wurde in einem Ätzverfahren an der Vorderseite mit einer Textur versehen. Anschließend wurde rückseitig eine Tunnelschicht 2 aufgebracht. Das Siliziumsubstrat 1 ist als monokristalliner Siliziumwafer ausgebildet, so dass durch Eintauchen in eine Ätzlösung eine zufällige Pyramidenstruktur an der Vorderseite, so genannte „random pyramids” ausgebildet wurde.In the 1a) to d), a first embodiment of a method according to the invention is shown. A silicon wafer formed as a silicon wafer 1 was textured in an etching process on the front side. Subsequently, a tunnel layer was on the back 2 applied. The silicon substrate 1 is formed as a monocrystalline silicon wafer, so that by immersion in an etching solution, a random pyramid structure at the front, so-called "random pyramids" was formed.

Die Tunnelschicht 2 weist eine Dicke im Bereich 5 Å bis 50 Å, vorliegend 10 Å auf. Sie ist als Siliziumdioxidschicht ausgebildet. Ebenso kann die Tunnelschicht als ein andersartiges Oxid ausgebildet sein. Das Siliziumsubstrat weist vorliegend eine Phosphor-Basisdotierung (n-Typ) im Bereich 1014 cm–3 bis 1017 cm–3, vorliegend 1,5 × 1016 cm–3 auf.The tunnel layer 2 has a thickness in the range 5 Å to 50 Å, in this case 10 Å. It is designed as a silicon dioxide layer. Likewise, the tunnel layer may be formed as a different oxide. In the present case, the silicon substrate has a phosphorus-based doping (n-type) in the range of 10 14 cm -3 to 10 17 cm -3 , in this case 1.5 × 10 16 cm -3 .

Die Tunnelschicht wird mittels nasschemischen Aufwachsens aufgebracht. Ebenso kann die Tunnelschicht mittels RTO (rapid thermal oxidation), ALD (atomic layer deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) oder APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition) abgeschieden werden.The tunnel layer is applied by wet-chemical growth. Likewise, the tunnel layer can be deposited by means of RTO (rapid thermal oxidation), ALD (atomic layer deposition), PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) or APCVD (atmospheric pressure chemical vapor deposition).

Weiterhin wurde auf der Tunnelschicht 2 eine amorphe Siliziumschicht 3 aufgebracht. Die Siliziumschicht 3 ist als Siliziumcarbidschicht (SiC-Schicht) ausgebildet. Der Kohlenstoffanteil liegt im Bereich von 5% bis 25%, vorliegend etwa 20%. Die Siliziumschicht 3 wurde homogen bor-dotiert ausgebildet, mit einer Dotierkonzentration im Bereich 1018 cm–3 bis 1021 cm–3.Furthermore, on the tunnel layer 2 an amorphous silicon layer 3 applied. The silicon layer 3 is formed as a silicon carbide (SiC) layer. The carbon content is in the range of 5% to 25%, in the present case about 20%. The silicon layer 3 was formed homogeneously boron-doped, with a doping concentration in the range 10 18 cm -3 to 10 21 cm -3 .

Die Dicke der Siliziumschicht 3 liegt im Bereich 5 nm bis 30 nm, vorliegend bei etwa 15 nm. Die Schicht 3 wurde mittels PECVD aufgebracht. Ebenso liegt das Aufbringen der Siliziumschicht 3 mittels LPCVD oder APCVD oder Sputtern im Rahmen der Erfindung.The thickness of the silicon layer 3 is in the range 5 nm to 30 nm, in this case about 15 nm. The layer 3 was applied by PECVD. Likewise, the application of the silicon layer is 3 by means of LPCVD or APCVD or sputtering within the scope of the invention.

Die amorphe Siliziumschicht 3 ist mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps dotiert und wird vorliegend als p-dotierte, amorphe Siliziumcarbidschicht ausgebildet. Diese Dotierung mit dem ersten Dotierstoff erfolgt während der plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) durch Hinzugabe von gasförmigen Dotierstoffen wie beispielsweise Diboran.The amorphous silicon layer 3 is doped with a first dopant of a first doping type and is presently formed as a p-doped, amorphous silicon carbide layer. This doping with the first dopant takes place during the plasma-assisted chemical vapor deposition (PECVD) by addition of gaseous dopants such as diborane.

1a) zeigt somit einen Verfahrensstand unter anderem nach Durchführen der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte A und B. 1a) thus shows a state of the method inter alia after carrying out the method steps A and B described above.

Anschließend wird mittels Ionenimplantation an einer Mehrzahl von Bereichen Phosphor als zweiter Dotierstoff (n-Typ) implantiert. Diese Dotierbereiche sind exemplarisch mit n in 1b) gekennzeichnet. Die verbleibenden bor-dotierten Bereiche sind entsprechend mit p gekennzeichnet. Die Implantation erfolgt mittels einer Schattenmaske, welche die p-Bereiche während der Ionenimplantation abschattet. Subsequently, by means of ion implantation, phosphorus is implanted as a second dopant (n-type) at a plurality of regions. These doping regions are exemplified by n in 1b) characterized. The remaining boron-doped regions are marked accordingly with p. The implantation takes place by means of a shadow mask, which shadows the p-areas during the ion implantation.

Anschließend erfolgt durch eine Erwärmung auf eine Temperatur von 850°C in einem Ofen unter Argon-Atmosphäre für eine Zeitdauer von 30 min die Ausbildung der n-dotierten Bereiche durch entsprechende Umwandlung der mittels Phosphor-dotierten Bereichen, wobei die Temperatur derart gewählt ist, dass keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Kristallisation der Siliziumschicht 3 erfolgt, so dass auch nach dieser Wärmebehandlung die Siliziumschicht 3 eine amorphe Siliziumschicht ist.Subsequently, by heating to a temperature of 850 ° C in an oven under argon atmosphere for a period of 30 min, the formation of the n-doped regions by appropriate conversion of phosphorus-doped regions, wherein the temperature is selected such that no or only a negligible crystallization of the silicon layer 3 takes place, so that even after this heat treatment, the silicon layer 3 is an amorphous silicon layer.

Das Ergebnis ist in 1b) dargestellt.The result is in 1b) shown.

Durch die Ionenimplantation und anschließende Wärmebehandlung erfolgt somit eine Überkompensation in den n-dotierten Bereichen, so dass sich der Dotierungstyp von zuvor p-dotiert auf n-dotiert ändert.As a result of the ion implantation and subsequent heat treatment, overcompensation thus takes place in the n-doped regions, so that the doping type changes from previously p-doped to n-doped.

Die p-dotierten Bereiche stellen Emitterbereiche der Solarzelle dar, die n-dotierten Bereiche Basisbereiche.The p-doped regions represent emitter regions of the solar cell, the n-doped regions base regions.

Anschließend wird vorderseitig eine Antireflexschicht 6, welche vorliegend als Siliziumnitridschicht ausgebildet ist, aufgebracht. Dies dient zusätzlich zu der Texturierung zu einer Verbesserung der optischen Eigenschaften und somit einer erhöhten Einkopplung der auf die Vorderseite der Solarzelle treffenden Photonen. Die Antireflexschicht kann auch alternativ oder zusätzlich als Passivierungsschicht ausgebildet sein und/oder als Schichtstapel bestehend aus mehreren übereinanderliegenden Teilschichten ausgebildet sein, beispielsweise als ein Schichtstapel aus einer Aluminiumoxidschicht und einer darüber angeordneten Siliziumnitridschicht.Subsequently, an antireflection layer on the front side 6 , which in the present case is formed as a silicon nitride layer applied. This serves in addition to the texturing to an improvement of the optical properties and thus an increased coupling of the incident on the front of the solar cell photons. The antireflection layer may alternatively or additionally be formed as a passivation layer and / or be formed as a layer stack consisting of a plurality of superposed sub-layers, for example as a layer stack of an aluminum oxide layer and a silicon nitride layer arranged above it.

Das Ergebnis ist in 1c) dargestellt.The result is in 1c) shown.

Rückseitig werden metallische n-Kontaktierungsstrukturen 7 und p-Kontaktierungsstrukturen 8 aufgebracht, welche mit den n-dotierten Bereichen bzw. p-dotierten Bereichen der Siliziumschicht 3 elektrisch leitend verbunden sind und zum Abführen von Ladungsträgern dienen.On the back are metallic n-contacting structures 7 and p-contacting structures 8th applied, which with the n-doped regions or p-doped regions of the silicon layer 3 are electrically connected and are used for the removal of charge carriers.

Das Ergebnis ist in 1d) dargestellt.The result is in 1d) shown.

In den 2.1 und 2.2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insbesondere auf die wesentlichen Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.In the 2.1 and 2.2 a second embodiment of a method according to the invention is shown. In order to avoid repetition, particular reference is made to the essential differences from the first exemplary embodiment.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird auf ein Siliziumsubstrat 1, welches entsprechend Ausführungsbeispiel 1 ausgebildet ist, vorderseitig und rückseitig eine als Siliziumoxidschicht ausgebildete Tunnelschicht aufgetragen. Die rückseitige Tunnelschicht 2 befindet sich somit auf der planen Rückseite des Siliziumsubstrats 1 und die vorderseitige Tunnelschicht 4 befindet sich auf der Vorderseitentexturierung des Siliziumsubstrats 1.In the second embodiment, a silicon substrate is used 1 , which is formed according to Embodiment 1, applied on the front side and rear side of a tunnel layer formed as a silicon oxide layer. The back tunnel layer 2 is thus located on the planar back side of the silicon substrate 1 and the front tunnel layer 4 is located on the front side texturing of the silicon substrate 1 ,

Anschließend wird auf die Rückseite mittels LPCVD eine Pufferschicht 9 aufgebracht, welche als intrinsische, polykristalline Siliziumschicht ausgebildet ist und eine Dicke im Bereich 1 nm bis 5 nm, vorliegend 3 nm aufweist. Durch das LPCVD-Verfahren wird hierbei zusätzlich eine vorderseitige polykristalline Siliziumschicht 10 aufgebracht. Die Pufferschicht 9 und die vorderseitige polykristalline Siliziumschicht 10 weisen eine Dicke im Bereich 1 nm bis 5 nm, vorliegend etwa 3 nm auf.Subsequently, a buffer layer is applied to the back by means of LPCVD 9 which is formed as an intrinsic, polycrystalline silicon layer and has a thickness in the range 1 nm to 5 nm, in this case 3 nm. The LPCVD process additionally produces a front-side polycrystalline silicon layer 10 applied. The buffer layer 9 and the front side polycrystalline silicon layer 10 have a thickness in the range 1 nm to 5 nm, in the present case about 3 nm.

Das Ergebnis ist in 2.1a) dargestellt.The result is in 2.1a) shown.

Anschließend erfolgt rückseitig analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel das Aufbringen einer Siliziumschicht 3, welche als p-dotierte, amorphe Siliziumcarbidschicht ausgebildet ist.Subsequently, the application of a silicon layer takes place on the back side analogously to the first exemplary embodiment 3 , which is formed as a p-doped, amorphous silicon carbide layer.

Das Ergebnis ist in 2.1b) dargestellt.The result is in 2.1b) shown.

Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung einer Schattenmaske lokal mittels Ionenimplantation ein Dotierstoff des n-Dotierungstyps in die Siliziumschicht 3 eingebracht, so dass ich alternierend n- und p-dotierte Bereiche in der Siliziumschicht 3 in einem Temperaturschritt wie bereits bei Ausführungsbeispiel 1 beschrieben, ausbilden.As in the first embodiment, using a shadow mask locally by means of ion implantation, a dopant of the n-type doping in the silicon layer 3 introduced so that I alternately n- and p-doped regions in the silicon layer 3 in a temperature step as already described in Embodiment 1 form.

Das Ergebnis ist in 2.1c) dargestellt.The result is in 2.1c) shown.

Schließlich werden wie bereits im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben vorderseitig eine Antireflexschicht 6 (2.2d) und rückseitig metallische n-Kontaktierungsstrukturen 7 und metallische p-Kontaktierungsstrukturen 8 (2.2e) ausgebildet.Finally, as already described in the first embodiment, an antireflection layer on the front side 6 ( 2.2d ) and on the back metallic n-contacting structures 7 and metallic p-contacting structures 8th ( 2.2e ) educated.

An den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen zeigen sich insbesondere die Vorteile der vorliegenden Erfindung, dass die Tunnelschicht 2 auf eine plane rückseitige Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 aufgebracht wird, so das eine einfache und hochwertige Reinigung der rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 vor Aufbringen der Tunnelschicht 2 möglich ist und anschließend die amorphe Siliziumschicht 3 auf die Tunnelschicht 2 aufgebracht wird. Damit entfällt eine bei vorbekannten Verfahren notwendige zusätzliche Reinigung der Siliziumoberfläche vor Aufbringung eines weiteren Tunneloxids bzw. einer weiteren amorphen Siliztumschicht, insbesondere wenn bei solchen vorbekannten Verfahren die aufgebrachte Tunnelschicht und die Siliziumschicht lokal zurückgeätzt werden, um die alternierend dotierten Bereiche auszubilden.In particular, the advantages of the present invention that the tunnel layer 2 on a flat back surface of the silicon substrate 1 is applied, so that a simple and high-quality cleaning of the back surface of the silicon substrate 1 before application of the tunnel layer 2 is possible and then the amorphous silicon layer 3 on the tunnel layer 2 is applied. This eliminates one in previously known methods necessary additional cleaning of the silicon surface prior to application of a further tunnel oxide or a further amorphous silicide layer, in particular if in such known methods the deposited tunnel layer and the silicon layer are locally etched back to form the alternately doped regions.

Ein weiterer Vorteil bei der ganzflächigen Aufbringung der Tunnelschicht 2 und einer p-dotierten, insbesondere bor-dotierten, ganzflächigen amorphen Siliziumcarbidschicht besteht darin, dass auch bei Verwendung einer Dotierung mittels Implantation gemäß Verfahrensschritt C keine erhöhte Rekombination auftritt, wie dies der Fall ist, wenn eine Implantation in eine undotierte, amorphe Siliziumcarbidschicht erfolgt.Another advantage of the full-surface application of the tunnel layer 2 and a p-doped, in particular boron-doped, all-surface amorphous silicon carbide layer is that even when using a doping by implantation according to process step C no increased recombination occurs, as is the case when an implantation takes place in an undoped, amorphous silicon carbide layer.

Weiterhin kann die Temperaturbehandlung der alternierenden p- und n-dotierten Bereiche in einem einzigen Temperaturschritt erfolgen.Furthermore, the temperature treatment of the alternating p- and n-doped regions can take place in a single temperature step.

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Claims (15)

Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Solarzelle, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Aufbringen einer Tunnelschicht (2) mittelbar oder unmittelbar auf eine Rückseite eines Siliziumsubstrates; B Aufbringen einer Siliziumschicht (3) mittelbar oder unmittelbar auf die Tunnelschicht (2), welche Siliziumschicht (3) mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps dotiert ist; C Erzeugen einer Mehrzahl alternierend angeordneter Dotierbereiche mittels Implantation eines zweiten Dotierstoffs eines zweiten Dotierungstyps, welcher zweite Dotierungstyp zu dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die Siliziumschicht (3) als amorphe Siliziumschicht (3) abgeschieden wird und in Verfahrensschritt C die Implantation des zweiten Dotierstoffes in die amorphe Siliziumschicht (3) erfolgt.Method for producing a photovoltaic solar cell, comprising the following method steps: A applying a tunnel layer ( 2 ) directly or indirectly on a backside of a silicon substrate; B application of a silicon layer ( 3 ) directly or indirectly on the tunnel layer ( 2 ), which silicon layer ( 3 ) is doped with a first dopant of a first doping type; C generating a plurality of alternately arranged doping regions by implanting a second dopant of a second doping type, which second doping type is opposite to the first doping type; characterized in that in process step B, the silicon layer ( 3 ) as an amorphous silicon layer ( 3 ) and in method step C the implantation of the second dopant into the amorphous silicon layer ( 3 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die Siliziumschicht (3) vollständig amorph abgeschieden wird und in Verfahrensschritt C die Implantation des Dotierstoffes in die vollständige amorphe Siliziumschicht (3) erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that in process step B, the silicon layer ( 3 ) is deposited completely amorphous and in method step C, the implantation of the dopant in the complete amorphous silicon layer ( 3 ) he follows. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Siliziumschicht (3) einseitig aufgebracht wird, insbesondere, dass an der Vorderseite des Siliziumsubstrats keine amorphe Siliziumschicht ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the amorphous silicon layer ( 3 ) is applied on one side, in particular that no amorphous silicon layer is formed on the front side of the silicon substrate. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die amorphe Siliziumschicht (3) mittels chemischer Gasphasenabscheidung, insbesondere plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in method step B, the amorphous silicon layer ( 3 ) by means of chemical vapor deposition, in particular plasma-enhanced chemical vapor deposition takes place. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dotierungstyp der p-Dotierungstyp ist, insbesondere, dass der erste Dotierstoff Bor ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first doping type is the p-type doping, in particular that the first dopant is boron. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite zweiter Dotierungstyp der n-Dotierungstyp ist, insbesondere, dass der zweite Dotierstoff Phosphor ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second second doping type is the n-type doping, in particular that the second dopant is phosphorus. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die amorphe Siliziumschicht (3) Kohlenstoff enthaltend ausgebildet wird, insbesondere als Siliziumcarbidschicht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the amorphous silicon layer ( 3 ) Containing carbon is formed, in particular as a silicon carbide layer. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass amorphe Siliziumschicht (3) Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltend ausgebildet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that amorphous silicon layer ( 3 ) Is formed containing oxygen and / or nitrogen. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt C eine Erwärmung erfolgt, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich 700°C bis 900°C.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step C heating takes place, in particular to a temperature in the range 700 ° C to 900 ° C. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche des ersten Dotierungstyps und die Bereiche des zweiten Dotierungstyps der amorphen Siliziumschicht (3) an den einander zugewandten Seiten elektrisch voneinander getrennt werden, insbesondere, dass zwischen den Bereichen des ersten Dotierungstyps und den Bereichen des zweiten Dotierungstyps die amorphe Siliziumschicht (3) lokal entfernt wird, vorzugsweise durch Ablatieren, insbesondere bevorzugt mittels eines Lasers.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the regions of the first doping type and the regions of the second doping type of the amorphous silicon layer ( 3 ) are electrically separated from one another on the mutually facing sides, in particular that between the regions of the first doping type and the regions of the second doping type the amorphous silicon layer ( 3 ) is removed locally, preferably by ablation, particularly preferably by means of a laser. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den auf Verfahrensschritt C folgenden Verfahrensschritten keine vollständige Kristallisation der amorphen Siliziumschicht (3) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the following process step C steps not complete crystallization of the amorphous silicon layer ( 3 ) he follows. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verfahrensschritten A und B in einem Verfahrensschritt A1 eine polykristalline Pufferschicht (9) mittelbar oder bevorzugt unmittelbar auf die Tunnelschicht (2) abgeschieden wird, insbesondere, eine p-dotierte oder n-dotierte Pufferschicht (9).Method according to one of the preceding claims, characterized in that between the method steps A and B in a method step A1, a polycrystalline buffer layer ( 9 ) indirectly or preferably directly on the tunnel layer ( 2 ), in particular, a p-doped or n-doped buffer layer ( 9 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (9) mit eine Dicke im Bereich mm bis 30 nm, insbesondere im Bereich 1 nm bis 15 nm, vorzugsweise im Bereich 1 nm bis 10 nm erzeugt wird.Method according to claim 12, characterized in that the buffer layer ( 9 ) is produced with a thickness in the range mm to 30 nm, in particular in the range 1 nm to 15 nm, preferably in the range 1 nm to 10 nm. Photovoltaische Solarzelle, vorzugsweise hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Siliziumsubstrat (1), einer mittelbar oder unmittelbar auf einer Rückseite des Siliziumsubstrats aufgebrachten Tunnelschicht (2), einer mittelbar oder unmittelbar auf einer dem Siliziumsubstrat (1) abgewandten Seite der Tunnelschicht (2) angeordneten Siliziumschicht (3), in welcher Siliziumschicht (3) alternierend Bereiche mit einem ersten Dotierstoff eines ersten Dotierungstyps und Bereiche mit einem zweiten Dotierstoff eines zweiten Dotierungstyps angeordnet sind, wobei erster und zweiter Dotierungstyp entgegengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschicht (3) zumindest teilweise amorph ist.Photovoltaic solar cell, preferably produced by means of a method according to one of the preceding claims, comprising a silicon substrate ( 1 ), a directly or indirectly applied on a back side of the silicon substrate tunnel layer ( 2 ), directly or indirectly on a silicon substrate ( 1 ) facing away from the tunnel layer ( 2 ) arranged silicon layer ( 3 ), in which silicon layer ( 3 ) alternately regions with a first dopant of a first doping type and regions with a second dopant of a second doping type are arranged, wherein the first and second doping types are opposite, characterized in that the silicon layer ( 3 ) is at least partially amorphous. Solarzelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschicht (3) vollständig amorph ist.Solar cell according to claim 14, characterized in that the silicon layer ( 3 ) is completely amorphous.
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