DE102018124565A1 - Solar cell coating system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von dünnen Schichten auf einer ersten Solarzellenseite und/oder einer zweiten Solarzellenseite von kristallinen Silizium-Solarwafern mit einem Durchsatz von wenigstens 2000 Solarwafern pro Stunde (2000 W/h), sowie eine Solarzellen-Herstellungslinie und ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einer solchen Solarzellen-Beschichtungsanlage. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, Möglichkeiten des wirtschaftlichen Herstellens von Solarzellen mit wenigstens einem passivierten Kontakt aufzuzeigen. Die Aufgabe wird durch eine Solarzellen-Beschichtungsanlage gelöst, die ausgebildet ist zur Herstellung wenigstens einer dünnen Grenzschicht aus einem dielektrischen Material auf einer ersten Solarzellenseite und/oder einer zweiten Solarzellenseite, wobei die Grenzschicht elektrisch leitfähig ist, insbesondere durch Tunnelströme, wenigstens einer dotierten oder undotierten Siliziumschicht auf der Grenzschicht, und wenigstens einer Schutzschicht auf der wenigstens einen Siliziumschicht , wobei die Grenzschicht und die Siliziumschicht und die Schutzschicht innerhalb der Solarzellen-Beschichtungsanlage herstellbar sind, ohne dass die Silizium-Solarwafer die Solarzellen-Beschichtungsanlage zwischenzeitlich verlassen.The invention relates to a solar cell coating system for producing thin layers on a first solar cell side and / or a second solar cell side of crystalline silicon solar wafers with a throughput of at least 2000 solar wafers per hour (2000 W / h), and a solar cell production line and a Process for the production of solar cells with such a solar cell coating system. The object of the present invention is to show possibilities for the economical production of solar cells with at least one passivated contact. The object is achieved by a solar cell coating system which is designed to produce at least one thin boundary layer from a dielectric material on a first solar cell side and / or a second solar cell side, the boundary layer being electrically conductive, in particular by tunnel currents, at least one doped or undoped Silicon layer on the boundary layer, and at least one protective layer on the at least one silicon layer, the boundary layer and the silicon layer and the protective layer being able to be produced within the solar cell coating system without the silicon solar wafers leaving the solar cell coating system in the meantime.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von dünnen Schichten auf einer ersten Solarzellenseite und/oder einer zweiten Solarzellenseite von kristallinen Silizium- Solarwafern mit einem Durchsatz von wenigstens 2000 Solarwafern pro Stunde (2000 W/h), sowie eine Solarzellen-Herstellungslinie und ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit einer solchen Solarzellen-Beschichtungsanlage.The present invention relates to a solar cell coating system for producing thin layers on a first solar cell side and / or a second solar cell side of crystalline silicon solar wafers with a throughput of at least 2000 solar wafers per hour (2000 W / h), as well as a solar cell production line and a process for the production of solar cells with such a solar cell coating system.
Bei der Herstellung von Solarzellen werden verschiedene Beschichtungsanlagen eingesetzt, wobei die Beschichtungsanlagen entsprechend der herzustellenden Schichtfolge mit technischen Mitteln zur Herstellung dieser Schichtfolge ausgestattet sind. Beispielsweise ist das Meyer Burger Produkt FABiA® eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Abscheidung einer Siliziumnitrid-Passivier- und Antireflexionsschicht auf der Vorderseite der kristallinen Siliziumsolarzelle und einer Aluminiumoxid- und Siliziumnitrid-Passivierschicht auf der Rückseite. Diese Anlage kann in einer Solarzellen-Herstellungslinie zur Herstellung von PERC-Solarzellen zum Einsatz kommen. Die Beschichtungskammern dieser Anlage sind mit Mikrowellenplasmaquellen, beispielsweise zur Abscheidung von Siliziumnitrid (SiNx) und zur Abscheidung von Aluminiumoxid (AlOx), ausgestattet. Details der Anlage, beispielsweise die Anzahl linearer Mikrowellenplasmaquellen für eine bestimmte Schicht, sind so konstruiert, dass die Anlage insgesamt einen hohen Durchsatz und kurze Wartungsintervalle in hinreichend großen Zeitabständen hat.Various coating systems are used in the production of solar cells, the coating systems being equipped with technical means for producing this layer sequence in accordance with the layer sequence to be produced. For example, the Meyer Burger product FABiA ® is a solar cell coating system for depositing a silicon nitride passivation and anti-reflection layer on the front of the crystalline silicon solar cell and an aluminum oxide and silicon nitride passivation layer on the back. This system can be used in a solar cell production line for the production of PERC solar cells. The coating chambers of this system are equipped with microwave plasma sources, for example for the deposition of silicon nitride (SiN x ) and for the deposition of aluminum oxide (AlO x ). Details of the system, for example the number of linear microwave plasma sources for a specific layer, are designed in such a way that the system as a whole has a high throughput and short maintenance intervals at sufficiently large intervals.
Durchlaufanlagen mit linearen Mikrowellenplasmaquellen werden häufig zur Oxidation und zur Abscheidung dielektrischer Schichten für Zwecke der Passivierung und/oder der optischen Interferenz in Antireflexions- oder Reflexionsschichten eingesetzt. Anlagen mit Parallelplattenanordnungen und Duschköpfen zur homogenen Gaseinspeisung können gut zur homogenen Abscheidung hochreiner Halbleiterschichten eingesetzt werden. Produktionsanlagen mit einem großen Durchsatz von mehr als 2000 Solarwafern pro Stunde sind sehr auf die darin herzustellenden Schichten spezialisiert, das gilt insbesondere für Anlagen, wie z.B. die FABiA, die in einem Durchlauf mehrere Schichten herstellen. Solche Solarzellen-Beschichtungsanlagen ermöglichen besonders niedrige Solarzellenherstellungskosten.Continuous-flow systems with linear microwave plasma sources are frequently used for the oxidation and deposition of dielectric layers for the purposes of passivation and / or optical interference in antireflection or reflection layers. Systems with parallel plate arrangements and shower heads for homogeneous gas feed can be used well for the homogeneous deposition of high-purity semiconductor layers. Production systems with a high throughput of more than 2000 solar wafers per hour are very specialized in the layers to be produced in them, this applies in particular to systems such as the FABiA, which produce several layers in one pass. Such solar cell coating systems enable particularly low solar cell manufacturing costs.
Solarzellen-Herstellungslinien aus dem Stand der Technik, beispielsweise zur Herstellung von PERC-Solarzellen, produzieren Solarzellen, deren Wirkungsgrade unter denen von Spitzensolarzellen aus dem Labor liegen. Höhere Wirkungsgrade als bei Mainstream-Solarzellen können beispielsweise durch die zusätzliche Passivierung von herkömmlich unpassivierten Kontakten erreicht werden, wobei das Herstellverfahren und die Herstellungslinie zur Realisierung zusätzlicher Herstellungsschritte zu erweitern sind.State-of-the-art solar cell production lines, for example for the production of PERC solar cells, produce solar cells whose efficiencies are below those of top solar cells from the laboratory. Higher efficiencies than mainstream solar cells can be achieved, for example, by the additional passivation of conventionally unpassivated contacts, whereby the manufacturing process and the manufacturing line have to be expanded to implement additional manufacturing steps.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten des wirtschaftlichen Herstellens von Solarzellen mit wenigstens einem passivierten Kontakt und dafür geeignete Herstellungslinien und Beschichtungsanlagen aufzuzeigen.It is therefore the object of the present invention to show possibilities for the economical production of solar cells with at least one passivated contact and suitable production lines and coating systems.
Die Aufgabe wird durch eine Solarzellen-Beschichtungsanlage gelöst, die ausgebildet ist zur Herstellung:
- - wenigstens einer dünnen Grenzschicht aus einem dielektrischen Material auf einer ersten Solarzellenseite und/oder einer zweiten Solarzellenseite, wobei die Grenzschicht einen elektrischen Stromfluss durch die Grenzschicht, insbesondere einen Tunnelstromfluss, ermöglicht und wenig behindert,
- - wenigstens einer dotierten oder undotierten insbesondere amorphen Siliziumschicht auf der Grenzschicht, und
- - wenigstens einer Schutzschicht auf der wenigstens einen Siliziumschicht , wobei die Grenzschicht und die Siliziumschicht und die Schutzschicht innerhalb der Solarzellen-Beschichtungsanlage herstellbar sind, ohne dass die Silizium-Solarwafer die Solarzellen-Beschichtungsanlage zwischenzeitlich verlassen.
- at least one thin boundary layer made of a dielectric material on a first solar cell side and / or a second solar cell side, the boundary layer permitting and little obstructing an electrical current flow through the boundary layer, in particular a tunnel current flow,
- at least one doped or undoped, in particular amorphous, silicon layer on the boundary layer, and
- - At least one protective layer on the at least one silicon layer, the boundary layer and the silicon layer and the protective layer being able to be produced within the solar cell coating system without the silicon solar wafers leaving the solar cell coating system in the meantime.
Die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage ermöglicht das Aufrüsten einer herkömmlichen Solarzellen-Herstellungslinie zur Herstellung von PERC-Solarzellen mit unpassivierten Kontakten zu einer neuen Herstellungslinie, die höherwertige Solarzellen mit passivierten Kontakten herstellt. Das Verbesserungspotential des absoluten Solarzellenwirkungsgrades liegt bei etwa 1%, wenn ein Kontakt passiviert ist, und bei etwa 2%, wenn beide Kontakte der Solarzelle passiviert sind. Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann auch eine Komponente einer neuen Solarzellen-Herstellungslinie für Solarzellen mit passivierten Kontakten sein. Zur Erläuterung der Erfindung soll im Folgenden ausgehend von der Beschreibung einer herkömmlichen Solarzellen-Herstellungslinie und eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens die Erfindung eingeordnet und dargelegt werden. The solar cell coating system according to the invention enables the upgrading of a conventional solar cell production line for the production of PERC solar cells with unpassivated contacts to a new production line that produces higher quality solar cells with passivated contacts. The improvement potential of the absolute solar cell efficiency is about 1% if one contact is passivated and about 2% if both contacts of the solar cell are passivated. The solar cell coating system can also be a component of a new solar cell production line for solar cells with passivated contacts. To explain the invention, the invention based on the description of a conventional solar cell production line and a conventional production method is to be classified and presented.
In einer herkömmlichen Solarzellen-Herstellungslinie zur Herstellung von Solarzellen werden Solarwafer mit einer Basisdotierung bereitgestellt. Überwiegend ist die Grunddotierung eine p-Dotierung und die daraus hergestellten Solarzellen werden als PERC-Solarzellen bezeichnet. Mit kleineren Marktanteilen werden auch Solarwafer mit n-Grunddotierungen verwendet und daraus hergestellte Solarzellen werden als PERT-Solarzellen bezeichnet. Wegen der größeren Bedeutung und Bekanntheit der PERC-Technologie wird hauptsächlich darauf Bezug genommen, ohne dass diese Bezugnahme eine Einschränkung der Erfindung darauf bedeutet.In a conventional solar cell production line for the production of solar cells, solar wafers are provided with a basic doping. The basic doping is predominantly p-doping and the solar cells produced from it are referred to as PERC solar cells. With smaller market shares, solar wafers with n-basic doping are also used and solar cells made from them are referred to as PERT solar cells. Because of the greater importance and notoriety of PERC technology, reference is made primarily to this, without this reference being a limitation of the invention thereto.
Am Anfang des Herstellungsverfahrens werden in der Regel in nasschemischen Anlagen sowohl von der Solarzellenvorderseite, das heißt von der primär zum Lichteinfall vorgesehenen Seite des Solarwafers, als auch von der Solarzellenrückseite Sägeschäden vom Sägen eines Siliziumblocks in dünne Wafer entfernt. Außerdem werden beidseitig oder einseitig Texturen erzeugt. Beim Sägen eines einkristallinen Siliziumblocks bzw. eines Ingots entstehen einkristalline Solarwafer und beim Sägen eines polykristallinen Blocks bzw. Bricks entstehen polykristalline Siliziumwafer. Einkristalline und polykristalline Wafer werden unter dem Oberbegriff kristalline Wafer zusammengefasst. Wenn nur auf der Solarzellenvorderseite ein Lichteinfall vorgesehen ist, dann werden die Solarzellen auch als monofaziale Solarzellen bezeichnet. Wenn zusätzlich auch die Rückseite der Solarzelle einen Lichteinfall ermöglicht, dann wird diese als bifaciale Solarzelle bezeichnet. Aus bifacialen Solarzellen aufgebaute bifaciale Solarmodule können je nach Installationsrichtung und optischen Eigenschaften des Untergrunds gegenüber monofacialen Solarmodulen beispielsweise 10-20 % mehr Jahresertrag bringen. Eine Texturierung, das heißt eine Rauheitserzeugung, der Oberfläche bewirkt auf der lichteinfallenden Seite eine Effizienzsteigerung. Insbesondere bei bifacialen Solarzellen kann auch eine beidseitige Textur vorgesehen sein. Bei monofacialen Solarzellen ist eine Textur der Rückseite aber nachteilig. Teilweise wird deshalb eine nasschemisch beidseitig erzeugte Textur auf der Rückseite in einem zusätzlichen Verfahrensschritt wieder entfernt. Texturen können auch mit Trockenätzverfahren hergestellt werden, wobei mit Trockenätzverfahren hergestellte Texturen niedrigere Reflexionsgrade und höhere Solarerträge erreichen können.At the beginning of the manufacturing process, saw damage is usually removed from the sawing of a silicon block into thin wafers in wet chemical plants both from the front side of the solar cell, that is to say from the side of the solar wafer primarily intended for the incidence of light, and from the back side of the solar cell. In addition, textures are created on both sides or on one side. When sawing a single-crystalline silicon block or ingot, single-crystal solar wafers are produced, and when sawing a polycrystalline block or brick, poly-crystalline silicon wafers are formed. Single-crystalline and polycrystalline wafers are summarized under the generic term crystalline wafers. If light is only provided on the front side of the solar cell, then the solar cells are also referred to as monofacial solar cells. If the back of the solar cell also allows light to enter, this is referred to as the bifacial solar cell. Depending on the direction of installation and the optical properties of the substrate, bifacial solar modules made up of bifacial solar cells can produce 10-20% more annual yield compared to monofacial solar modules. Texturing, that is to say roughness generation, on the surface brings about an increase in efficiency on the light-incident side. In the case of bifacial solar cells in particular, a texture on both sides can also be provided. With monofacial solar cells, however, a texture on the back is disadvantageous. In some cases, therefore, a texture created on both sides by wet chemistry is removed from the back in an additional process step. Textures can also be produced using dry etching processes, whereby textures produced using dry etching processes can achieve lower reflectivities and higher solar yields.
Dann wird in einem Diffusionsofen eine zur Grunddotierung entgegengesetzte Dotierung in den Solarwafer eindiffundiert, beispielsweise wird aus einer POCl3- Gasphase ein Phosphor dotierter Emitter (n-Dotierung) an der Vorderseite hergestellt, indem erst in Oberflächenschichten der Vorderseite und der Rückseite eines p-dotierten Solarwafers Phosphor eindiffundiert und dann die Phosphor dotierte Rückseitenschicht wieder entfernt wird, sodass an der Rückseite wieder das Bor- bzw. p-dotierte Grundmaterial freiliegt. Andere Diffusionsschritte können für oberflächliche Höherdotierungen (Surface-Field) eingesetzt werden. Vor der Aufbringung von Schichten sind Reinigungsschritte erforderlich, um Chemikalienreste und Verunreinigungen zu entfernen. Teilweise wird im Zusammenhang mit der Reinigung auch eine dünne SiO2-Schicht an Oberflächen des Solarwafers gewachsen, weil dieses durch definierte Oxidation hergestellte SiO2 eine gute Passivierungsgrundlage darstellt.Then a doping opposite to the basic doping is diffused into the solar wafer in a diffusion furnace; for example, a POCl 3 gas phase is used to produce a phosphorus-doped emitter (n-doping) on the front by first p-doping in the surface layers of the front and the back Solar wafers diffuse in phosphorus and then the phosphorus-doped back layer is removed again, so that the boron or p-doped base material is again exposed on the back. Other diffusion steps can be used for superficial higher doping (surface field). Before applying layers, cleaning steps are necessary to remove chemical residues and contaminants. In some cases, a thin SiO 2 layer is also grown on surfaces of the solar wafer in connection with cleaning, because this SiO 2 produced by defined oxidation represents a good passivation basis.
In weiteren Herstellungsschritten werden in Beschichtungsanlagen auf beide Seiten der Solarzelle dielektrische Schichten oder Schichtstapel aufgebracht, die als Passivierungsschichten und zumindest auf der Vorderseite auch als Antireflexionsschichten dienen. In einem rückseitigen Schichtstapel SiO2-AlOx-SiNx:H dient die Wasserstoff enthaltende Siliziumnitridschicht als eine Wasserstoffquelle, aus der Wasserstoff in die darunter liegenden Schichten diffundieren kann, woraus letztlich ein Beitrag für sehr gute Passivierungen resultiert. Der Stöchiometrie-Index x und der Wasserstoff-Hinweis: H sind teilweise auch weggelassen, weil ein Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung sinnvolle Eigenschaften der angesprochenen Schichten auch ohne diese Hinweise kennt und diese bei einer Materialangabe ohne Stöchiometrie-Index mitliest. Auf der Rückseite kann die Passivierungsschicht als eine Reflexionsschicht ausgebildet sein, die rotes und infrarotes Licht, welches von der Vorderseite her die Solarzelle durchschienen hat, besser zurück in die Solarzelle reflektiert als andere Schichtdesigns. Insbesondere bei bifacialen Solarzellen kann auf der Rückseite auch eine Antireflexionsschicht vorgesehen sein, die von der Rückseite her einfallendes Licht größtenteils in die Solarzelle einlässt, um dort zur Stromerzeugung genutzt zu werden. Zur Herstellung der Passivierungs- und Reflexions- oder Antireflexionsschichten kommen in der Regel CVD-, PECVD- und/oder ALD-Anlagen zum Einsatz.In further production steps, dielectric layers or layer stacks are applied to both sides of the solar cell in coating systems, which serve as passivation layers and, at least on the front side, as anti-reflection layers. In a SiO 2 -AlO x -SiN x : H layer stack on the back, the hydrogen-containing silicon nitride layer serves as a hydrogen source from which hydrogen can diffuse into the layers underneath, which ultimately results in a very good passivation. The stoichiometry index x and the hydrogen note: H are also partially omitted because a person skilled in the art knows useful properties of the addressed layers even without these notes and reads them when specifying a material without a stoichiometry index. On the back, the passivation layer can be designed as a reflection layer, which better reflects red and infrared light, which has shone through the solar cell from the front, back into the solar cell than other layer designs. In particular in the case of bifacial solar cells, an antireflection layer can also be provided on the back, which for the most part lets light incident from the back into the solar cell in order to be used there to generate electricity. CVD, PECVD and / or ALD systems are generally used to produce the passivation and reflection or anti-reflection layers.
Zum Herstellen elektrischer Anschlüsse industrieller Solarzellen kommen oft Metallpasten, insbesondere Silber- und Aluminiumpasten, zum Einsatz. Die Metallpasten können in Siebdruckanlagen mit Siebdruck auf Teilflächen, z.B. im Bereich von Kontaktfingern und Busbars auf den Vorderseiten, oder ganzflächig auf den Rückseiten aufgebracht werden. Bei Standardsolarzellen wurde auf die Rückseiten ganzflächig eine Aluminiumpaste aufgebracht. Bei der PERC-Technologie werden die Solarzellenrückseiten im Unterschied zu den Standardsolarzellen nicht mehr ganzflächig kontaktiert sondern nur an lokalen Kontaktstellen, an denen zuvor durch ein Laserabtragverfahren die Rückseitenschichten vollständig oder so weit entfernt wurden, dass die Metallpasten sich beim Kontaktfeuern durch die verbleibendem Schichten ätzen und dabei einen metallischen Kontakt herstellen können. Zwischen den lokalen Rückseitenkontakten ist die PERC-Solarzelle durch die Passivierungsschichten passiviert und erreicht dadurch einen höheren Wirkungsgrad als StandardSolarzellen. Im Bereich der Kontakte, sowohl auf der Vorderseite der Solarzelle als auch auf der Rückseite, haben die durch Feuern aus den Metallpasten gebildeten Kontakte die Passivierungsschichten durchdrungen. Im Bereich der Kontakte sind die PERC-Solarzellen und PERT-Solarzellen nicht passiviert, das heißt, es gibt dort noch aktive Rekombinationszentren, an denen durch den Photoeffekt erzeugte Elektron-Loch-Paare rekombinieren können, bevor sie getrennt voneinander zu den Kontakten der Solarzelle gelangen und als Elektroenergie genutzt werden können.Metal pastes, in particular silver and aluminum pastes, are often used to make electrical connections to industrial solar cells. The metal pastes can be applied in screen printing systems with screen printing on partial areas, for example in the area of contact fingers and bus bars on the front sides, or over the entire area on the back sides. With standard solar cells, an aluminum paste was applied over the entire surface of the back. In contrast to standard solar cells, the back of solar cells in PERC technology is no longer contacted over the entire area, but only at local contact points at which the back layers have been removed completely or to such an extent that the metal pastes etch through the remaining layers during contact firing can make a metallic contact. The PERC solar cell is passivated through the passivation layers between the local rear contacts achieves a higher efficiency than standard solar cells. In the area of the contacts, both on the front of the solar cell and on the back, the contacts formed by firing from the metal pastes have penetrated the passivation layers. In the area of the contacts, the PERC solar cells and PERT solar cells are not passivated, which means that there are still active recombination centers at which electron-hole pairs generated by the photo effect can recombine before they reach the contacts of the solar cell separately and can be used as electrical energy.
Mit der erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage ist es nun möglich, eine herkömmliche Solarzellen-Herstellungslinie so zu erweitern, dass damit statt herkömmlicher Solarzellen verbesserte Solarzellen mit passivierten Kontakten hergestellt werden können. Bei passivierten Kontakten ist zwischen dem Kontaktbereich und dem Solarzellenvolumen eine als Passivierungsschicht wirkende Grenzschicht angeordnet. Diese Passivierungsschicht kann eine derart dünne dielektrische Grenzschicht sein, dass sie als Tunnelschicht von Ladungsträgern durch Tunnelströme durchdringbar ist, obwohl sie aus einem bei größerer Schichtdicke isolierenden Material, z.B. SiO2, hergestellt ist. Der Leitmechanismus an der Grenzschicht muss nicht notwendig ein Tunnelstrom sein, auch andere Leitmechanismen sind möglich, beispielsweise über Defekte in der Grenzschicht. Defekte können bei der Kristallisation entstandene Defekte in der Grenzschicht sein. Die Defekte können auch z.B. mit dotiertem Silizium aufgefüllt sein. In letzterem Fall enthält die dielektrische Schicht leitfähige Porenfüllungen, sodass die Schicht aus einem eigentlich dielektrischen Material dann insgesamt eine leitfähige Schicht ist.With the solar cell coating system according to the invention, it is now possible to expand a conventional solar cell production line in such a way that instead of conventional solar cells it is possible to produce improved solar cells with passivated contacts. In the case of passivated contacts, a boundary layer acting as a passivation layer is arranged between the contact area and the solar cell volume. This passivation layer can be such a thin dielectric boundary layer that it can be penetrated by tunnel currents as a tunnel layer of charge carriers, although it is made of a material that is insulating with a greater layer thickness, for example SiO 2 . The guiding mechanism at the boundary layer does not necessarily have to be a tunnel current, other guiding mechanisms are also possible, for example via defects in the boundary layer. Defects in the crystallization can be defects in the boundary layer. The defects can also be filled, for example, with doped silicon. In the latter case, the dielectric layer contains conductive pore fillings, so that the layer of an actually dielectric material is then a conductive layer overall.
Der Stromfluss durch die Grenzschicht ist insbesondere senkrecht durch die Grenzschicht bzw. in Richtung der Oberflächen-Normale möglich. In lateralen Richtungen kann die Grenzschicht hingegen Isolator-Eigenschaften haben. In der Solarzellen-Beschichtungsanlage wird die Grenzschicht aus einem Material hergestellt, das eigentlich zumindest bei größerer Dicke ein dielektrisches Material ist. Das bedeutet aber nicht, dass die Grenzschicht aus einem dielektrischen Material bei der geringen Dicke von höchstens wenigen Nanometern tatsächlich durchgehend aus dem dielektrischen Material besteht. Stattdessen kann die Grenzschicht bei genauer Betrachtung auch eine leitfähige Schicht sein, die beispielsweise eine Verbundschicht aus einer porösen dielektrischen Matrix und leitfähig aufgefüllten Poren ist. Die genaue strukturelle und chemische Analyse kleinster Strukturen in atomaren Größenordnungen ist generell schwierig und regelmäßig mit Unsicherheiten behaftet. Wesentlich ist das Ergebnis, dass infolge des Vorhandenseins der passivierten Kontaktanordnung hinreichend niedrige Kontaktwiderstände und hinreichend gute Passivierungen und insgesamt verbesserte Wirkungsgrade der Solarzelle erreicht werden.The current flow through the boundary layer is possible in particular perpendicularly through the boundary layer or in the direction of the surface normal. In contrast, the boundary layer can have insulator properties in lateral directions. In the solar cell coating system, the boundary layer is produced from a material that is actually a dielectric material, at least with a greater thickness. However, this does not mean that the boundary layer made of a dielectric material with the small thickness of at most a few nanometers actually consist of the dielectric material throughout. Instead, upon closer inspection, the boundary layer can also be a conductive layer, which is, for example, a composite layer made of a porous dielectric matrix and filled pores. The exact structural and chemical analysis of the smallest structures in atomic sizes is generally difficult and regularly involves uncertainties. What is essential is the result that, owing to the presence of the passivated contact arrangement, sufficiently low contact resistances and sufficiently good passivations and overall improved efficiency of the solar cell are achieved.
Die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage ist eine Anlage, die in einem Anlagendurchlauf bzw. in einem Herstellungsschritt des Solarzellen-Herstellungsverfahrens mehrere Schichten aufeinander herstellt, nämlich die Grenzschicht, eine Siliziumschicht und eine Schutzschicht. Die Schutzschicht schützt die frisch abgeschiedene Siliziumschicht vor ungewollter Aufnahme von Luftfeuchte oder der ungewollten Querkontamination mit anderen Dotierstoffen.The solar cell coating system according to the invention is a system that produces several layers on top of one another in a system run or in a manufacturing step of the solar cell manufacturing method, namely the boundary layer, a silicon layer and a protective layer. The protective layer protects the freshly deposited silicon layer from unwanted absorption of air humidity or unwanted cross-contamination with other dopants.
Per PECVD abgeschiedene Siliziumschichten, insbesondere amorphe Siliziumschichten, die bei Temperaturen unter 600°C hergestellt sind, sind poröse Schichten. Die amorphe Schicht kann auch bereits mikrokristalline Anteile enthalten, also eine polymorphe Schicht sein. In diese Schichten wird bei einer Vakuumunterbrechung und einem Kontakt mit Feuchte enthaltender Luft Feuchtigkeit eingebaut. Der Kontakt der Schicht bei höheren Temperaturen mit Oxidationsmitteln wie Sauerstoff oder Wasserdampf kann zur Oxidation der gesamten Schicht führen. Bei Anwesenheit von Dotierstoffverbindungen, insbesondere von Diboran oder Phosphin, während der Gasphasenabscheidung entstehen insitu-dotierte Siliziumschichten, die gleich nach der Abscheidung schon die für hohe Leitfähigkeiten erforderlichen Dotierstoffe enthalten, sodass die Dotierstoffe nicht nachträglich in die Schicht eingebracht werden müssen. Die Dotanden sind nach der Abscheidung allerdings teilweise elektrisch noch nicht aktiv, das heißt sie leisten noch keinen Beitrag an einer guten Leitfähigkeit. Zur Aktivierung der Dotanden sind teilweise noch Bearbeitungsschritte bei höheren Temperaturen erforderlich. Nach einer Schichtabscheidung vorliegende Eigenschaften einer Schicht, beispielsweise die Leitfähigkeit einer insitu dotiert abgeschiedenen Siliziumschicht, können in nachträglichen Verfahrensschritten, beispielsweise in einem Hochtemperaturschritt, noch verändert werden. In dem Abscheideschritt werden zwar die Voraussetzungen geschaffen, dass die Solarzelle am Ende gut funktioniert. Die Einbindung des Abscheideschrittes in das gesamte Herstellungsverfahren fließt aber auch in die Eigenschaften der Solarzelle ein. Eine genaue Festlegung von Eigenschaften hergestellter Schichten in einem Patentanspruch ist schwierig, weil mögliche Prozessfenster von anderen Verfahrensschritten und Randbedingungen abhängen. Das zu erreichende Resultat, nämlich gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Solarzellen mit passivierten Kontakten, ist dennoch nicht mit beliebigen Schichten, sondern nur Schichten in engen Eigenschaftsbereichen erreichbar, die nur von bedarfsgerecht ausgebildeten Solarzellen-Beschichtungsanlagen hergestellt werden können.Silicon layers deposited by PECVD, in particular amorphous silicon layers, which are produced at temperatures below 600 ° C., are porous layers. The amorphous layer can also already contain microcrystalline components, ie it can be a polymorphic layer. In the event of a vacuum interruption and contact with air containing moisture, moisture is built into these layers. The contact of the layer at higher temperatures with oxidizing agents such as oxygen or water vapor can lead to the oxidation of the entire layer. In the presence of dopant compounds, in particular diborane or phosphine, during the gas phase deposition, in-situ doped silicon layers are formed, which contain the dopants required for high conductivities immediately after the deposition, so that the dopants do not have to be subsequently introduced into the layer. However, some of the dopants are not yet electrically active after deposition, which means that they do not yet contribute to good conductivity. To activate the dopants, processing steps at higher temperatures are sometimes required. Properties of a layer that are present after layer deposition, for example the conductivity of an in situ doped deposited silicon layer, can still be changed in subsequent method steps, for example in a high temperature step. In the separation step, the prerequisites are created that the solar cell will work well in the end. The integration of the deposition step into the entire manufacturing process also influences the properties of the solar cell. A precise specification of the properties of layers produced in a patent claim is difficult because possible process windows depend on other process steps and boundary conditions. The result to be achieved, namely solar cells with passivated contacts which are improved compared to the prior art, is nevertheless not achievable with any layers, but only layers in narrow property ranges which can only be achieved by solar cell coating systems designed to meet requirements can be manufactured.
Die Schutzschicht ist eine dichte, die Siliziumschicht bei nachfolgenden Verfahrensschritten vor ungewollten Veränderungen schützende Schicht. Die Schutzschicht kann ein Schichtstapel oder eine Gradientenschicht sein. Beispielsweise kann die Schutzschicht zunächst aus einer Siliziumnitridschicht an der Siliziumoberfläche und einer darauf befindlichen Siliziumoxidschicht bestehen. Von der Siliziumnitridschicht können insbesondere deren guten Diffusionsbarriere-Eigenschaften ausgenutzt sein. Von Siliziumoxidschichten kann die Eigenschaft ausgenutzt sein, dass Siliziumoxid einfach ohne Schädigung des unterliegenden Siliziums wieder entfernt werden kann. Das Material kann auch eine Oxynitrid-Gradientenschicht sein, in der der Stickstoffanteil mit größer werdendem Abstand zu der Siliziumschicht kleiner und der Sauerstoffanteil größer wird. Die genau verwendeten Materialien und Schichtdicken müssen bei der Integration in das Gesamtverfahren optimiert werden. Ein Teil der Schutzschicht kann auch als eine Dotierstoffquellen-Schicht abgeschieden sein, aus der ein Dotierstoff in die unterliegende Siliziumschicht eindiffundiert. Zur Herstellung von Schichten in einzelnen Verfahrensschritten des Herstellungsverfahrens ist die Herstellungslinie zur Durchführung des Verfahrens mit geeigneten Beschichtungsanlagen ausgestattet, die derart ausgebildet sind, dass sie die geforderten Schichten herstellen können.The protective layer is a dense layer which protects the silicon layer from unwanted changes in subsequent process steps. The protective layer can be a layer stack or a gradient layer. For example, the protective layer can first consist of a silicon nitride layer on the silicon surface and a silicon oxide layer thereon. In particular, the good diffusion barrier properties of the silicon nitride layer can be used. The property of silicon oxide layers can be exploited that silicon oxide can be removed again easily without damaging the underlying silicon. The material can also be an oxynitride gradient layer in which the proportion of nitrogen becomes smaller as the distance to the silicon layer increases and the proportion of oxygen increases. The precisely used materials and layer thicknesses have to be optimized for integration into the overall process. Part of the protective layer can also be deposited as a dopant source layer, from which a dopant diffuses into the underlying silicon layer. For the production of layers in individual process steps of the production process, the production line for carrying out the process is equipped with suitable coating systems which are designed in such a way that they can produce the required layers.
Die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage kann als eine Aufrüstung in eine herkömmliche Solarzellen-Herstellungslinie integriert werden. Ein separater, zusätzlicher Hochtemperaturschritt bei Temperaturen über 600°C zur Kristallisation der zuvor amorphen oder teilweise mikrokristallinen Siliziumschicht und zur Aktivierung enthaltener Dotierstoffe oder zur Eindiffusion von Dotierstoffen und dafür ein separater, zusätzlicher Kristallisationsofen sind entbehrlich, wenn die Schutzschicht eine räumliche Trennung bereitstellt und ein bereits vorhandener Hochtemperaturschritt und eine zugehörige Hochtemperatur-Behandlungsanlage bereits vorhanden sind und einfach mitgenutzt werden können. Somit können die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage, die damit ausgestattete Solarzellenherstellungslinie und ein darauf basierendes Verfahren eine überraschend einfache Lösung zur Herstellung kontakt-passivierter Solarzellen darstellen.The solar cell coating system according to the invention can be integrated as an upgrade into a conventional solar cell production line. A separate, additional high-temperature step at temperatures above 600 ° C for the crystallization of the previously amorphous or partially microcrystalline silicon layer and for the activation of dopants or for the diffusion of dopants and a separate, additional crystallization furnace are unnecessary if the protective layer provides spatial separation and one already existing high-temperature step and an associated high-temperature treatment system already exist and can be easily used. The solar cell coating system according to the invention, the solar cell production line equipped with it and a method based thereon can thus represent a surprisingly simple solution for producing contact-passivated solar cells.
Möglichst große Anlagendurchsätze von über 2000 Solarwafern/h (w/h), besser größer 4000 w/h oder größer 6000 w/h können entweder dadurch erreicht werden, dass ausreichend viele Wafer gemeinsam in einem langsamen Prozess bearbeitet werden oder dass wenige Wafer schnell nacheinander schnelle Prozesse durchlaufen. Beide Ansätze (oder Mischansätze dazwischen) kommen in verschiedenen erfindungsgemäßen Anlagen zum Einsatz. Die Herstellung der verschiedenen Schichten kann mit zeitlichem Versatz am gleichen Ort durchgeführt werden, beispielsweise indem in ein Batchofenrohr, in dem viele Wafer auf einem Boot stehen, erst Ausgangs-Gase zur Herstellung einer Schicht und später CVD-Ausgangs-Gase (Präkursoren) zur Herstellung einer anderen Schicht eingelassen werden. Die Anlage kann auch mehrere Batch-Bearbeitungsreaktoren aufweisen, in welche die Wafer, mit Wafern beladene Substratträger oder beladene Boote nacheinander transportiert werden.The largest possible system throughputs of over 2000 solar wafers / h (w / h), better greater than 4000 w / h or greater than 6000 w / h can either be achieved by processing a sufficient number of wafers together in a slow process or by having a few wafers in quick succession go through fast processes. Both approaches (or mixed approaches in between) are used in different plants according to the invention. The production of the different layers can be carried out at the same location with a time offset, for example, by first introducing exit gases for the production of a layer and later CVD output gases (precursors) for production into a batch furnace tube in which many wafers are on a boat another layer. The system can also have a plurality of batch processing reactors into which the wafers, substrate carriers loaded with wafers or loaded boats are transported one after the other.
Die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage kann die verschiedenen Schichten auch in räumlich voneinander getrennten Bereichen der Anlage herstellen, indem die Solarzellen-Beschichtungsanlage aufweist:
- - wenigstens einen Grenzschicht-Herstellungsbereich, in welchem die dünne Grenzschicht aus einem dielektrischen Material herstellbar ist, wobei die Grenzschicht einen elektrischen Stromfluss durch die Grenzschicht, insbesondere einen Tunnelstromfluss, ermöglicht und wenig behindert,
- - wenigstens einen Si-Abscheidebereich, in welchem die dotierte oder undotierte insbesondere amorphe Siliziumschicht auf der Grenzschicht abscheidbar ist, und
- - wenigstens einen Schutzschicht-Abscheidebereich, in welchem die Schutzschicht direkt auf der Siliziumschicht oder auf einer zuvor auf der Siliziumschicht abgeschiedenen Dotierschicht abscheidbar ist, wobei die Grenzschicht und die Siliziumschicht und die Schutzschicht in einem Durchlauf durch die Solarzellen-Beschichtungsanlage herstellbar sind. Diese Anlage ist eine Durchlaufanlage, die durch schnelle gleichzeitige Bearbeitung weniger Solarwafer und eine große Durchlaufgeschwindigkeit vieler Solarwafer einen ausreichend großen Anlagendurchsatz erreicht.
- at least one boundary layer production area in which the thin boundary layer can be produced from a dielectric material, the boundary layer permitting and little obstructing an electrical current flow through the boundary layer, in particular a tunnel current flow,
- at least one Si deposition region in which the doped or undoped, in particular amorphous, silicon layer can be deposited on the boundary layer, and
- - At least one protective layer deposition area in which the protective layer can be deposited directly on the silicon layer or on a doping layer previously deposited on the silicon layer, the boundary layer and the silicon layer and the protective layer being able to be produced in one pass through the solar cell coating system. This system is a continuous system, which achieves a sufficiently large system throughput due to the rapid simultaneous processing of fewer solar wafers and a high throughput speed of many solar wafers.
Bei den einzelnen Herstellungsbereichen kann es sich um separate Kammern handeln. Teilweise sind die einzelnen Herstellungsbereiche nicht durch komplett geschlossene, körperliche Kammerwände voneinander getrennt, sondern durch einfachere Mittel realisiert, wie z.B. Blenden, Gasvorhänge und/oder Abstände.The individual manufacturing areas can be separate chambers. In some cases, the individual manufacturing areas are not separated from each other by completely closed, physical chamber walls, but rather by simple means, such as Panels, gas curtains and / or clearances.
Die zunächst auf der Grenzschicht abgeschiedene Siliziumschicht dient der Kontaktierung durch die Metallkontakte. In dieser Schicht ist das Vorhandensein von Rekombinationszenten unkritischer als im Solarzellenvolumen, weil die Ladungsträger hier schon getrennt sind und der Minoritäts-Ladungsträgertyp wahrscheinlicher nicht zur Rekombination zur Verfügung steht. Für eine ausreichende Leitfähigkeit bzw. für hinreichend kleine Kontaktwiderstände muss die Siliziumschicht dotiert sein. Zur Einbringung der Dotierstoffe kann eine insitu-dotierende Abscheidung zum Einsatz kommen, bei der ein Dotiergas, z.B. Diboran schon bei der Abscheidung anwesend ist und dadurch der Dotierstoff, z.B. Bor, gleich während der Abscheidung in die Schicht eingebaut wird. Der Dotierstoff kann alternativ auch aus einer anderen Schicht, beispielsweise aus einer Borsilikatglas-Schicht (
Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann dafür ausgerüstet sein, in dem Grenzschicht-Herstellungsbereich auf der ersten Solarzellenseite und der zweiten Solarzellenseite die Grenzschicht beidseitig herzustellen, sowie auf der ersten Solarzellenseite eine Si-Beschichtung eines ersten Dotierungstyps (n-Dotierung bzw. p-Dotierung) und auf der zweiten Solarzellenseite eine Si-Beschichtung eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps abzuscheiden. Die abgeschiedene Siliziumschicht kann eine Dicke zwischen 15 und 500 nm, bevorzugt zwischen 50 und 150 nm, konkret beispielsweise 75 nm haben. Bei der Herstellung einseitiger passivierter Kontakte auf den Rückseiten von PERC und PERT Solarzellen unter Verwendung von gefeuerten Metallpasten werden ohne Optimierungen mit Schichtdicken von 120 nm gute Ergebnisse erreicht, nach Prozessoptimierungen können auch Schichtdicken von 80 nm und darunter beherrscht werden. Es erscheinen sogar Minimierungen der Schichtdicke bis herunter zu 15 nm möglich. Dünnere Schichten haben dabei den Vorteil eines geringeren Herstellungsaufwands. Dickere Schichten haben den Vorteil, dass sie definierte Schichteigenschaften und größere Prozessfenster für die Kontaktierung durch Metallpasten bereitstellen. Bei Kontaktierungsvarianten ohne Metallpasten können auch dünnere Siliziumschichten funktionieren. Wenn bei nachfolgenden Prozessschritten die Siliziumschicht teilweise abgeätzt wird, dann können entsprechend der benötigten Opferschichtdicke größere Schichtdicken erforderlich sein.The solar cell coating system can be equipped to produce the boundary layer on both sides in the boundary layer production area on the first solar cell side and the second solar cell side, as well as on the first solar cell side an Si coating of a first doping type (n-doping or p-doping) and to deposit a Si coating of a second doping type opposite to the first doping type on the second solar cell side. The deposited silicon layer can have a thickness between 15 and 500 nm, preferably between 50 and 150 nm, specifically, for example, 75 nm. In the production of one-sided passivated contacts on the backs of PERC and PERT solar cells using fired metal pastes, good results are achieved without optimizations with layer thicknesses of 120 nm; after process optimization, layer thicknesses of 80 nm and below can be mastered. Even minimizations of the layer thickness down to 15 nm appear possible. Thinner layers have the advantage of lower manufacturing costs. Thicker layers have the advantage that they provide defined layer properties and larger process windows for contacting with metal pastes. With contacting variants without metal pastes, thinner silicon layers can also work. If the silicon layer is partially etched off in subsequent process steps, then larger layer thicknesses may be required in accordance with the required sacrificial layer thickness.
Niedrigpreisige und dadurch wirtschaftliche Solarzellen sind regelmäßig auf beiden Seiten kontaktiert, sowohl an der dem Licht zugewandeten Vorderseite als auch der in der Regel zumindest weniger beleuchteten Rückseite. Da die Kontakte beim Lichteinfall lokal Abschattungen verursachen, sollen sie so wenig Fläche wie möglich belegen. Verschiedene Busbar- und Fingerdesigns als Kontaktstrukturen und Kontaktstrukturen ohne Busbars, wie die in der Smart Wire Connection Technologie (SWCT) verwendeten, sind ein Technikgebiet neben der vorliegenden Erfindung und sollen hier deshalb nicht weiter erläutert werden. In verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Solarzellen können verschiedene bekannte Kontaktherstellungsverfahren integriert sein. Herkömmliche, beidseitig kontaktierte Solarzellen, beispielsweise PERC-Solarzellen oder PERT-Solarzellen, haben sowohl auf ihrer Vorderseite als auch an Ihrer Rückseite unpassivierte Kontakte. Verbesserungspotential für diese Solarzellen besteht sowohl bei der Einführung passivierter Rückseitenkontakte als auch passivierter Vorderseitenkontakte. Der größte Effekt ist erreichbar, wenn alle Kontakte passiviert werden. Es können aber auch nur die Kontakte auf der Vorderseite oder auf der Rückseite passiviert werden, beispielsweise weil mit einer solchen einseitigen Passivierung der größte Effekt erreicht wird oder einfach, weil der eingesetzte Prozess am einfachsten funktioniert. Die Herstellung von passivierten Kontakten auf beiden Solarzellenseiten ist entsprechend der doppelten Anzahl erforderlicher Schichten aufwendiger als die Herstellung von passivierten Kontakten auf nur einer Solarzellenseite. Für die Herstellung von passivierten Kontakten auf beiden Seiten kann eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung der passivierten Kontakte auf der Vorderseite und eine erfindungsgemäße Anlage zur Herstellung der passivierten Kontakte auf der Rückseite eingesetzt werden. Es können aber auch alle Schichten auf beiden Solarzellenseiten in einer einzigen aufwendigen, erfindungsgemäßen Anlage hergestellt werden. Teilweise können Synergien genutzt werden, beispielsweise indem eine Schicht, wie die Grenzschicht oder die Schutzschicht in einem Prozess auf beiden Seiten der Solarzelle hergestellt wird. Beispielsweise können beide Seiten des Solarwafers gemeinsam oxidiert werden, um auf beiden Seiten Grenzschichten herzustellen. Die entgegengesetzt zu dotierenden Siliziumschichten auf beiden Solarzellenseiten müssen zur Gewährleistung der gewollten Dotierungen sorgfältig separat hergestellt werden. Teilweise ist dabei auch das Umladen der Substrate auf andere, für die jeweilige Abscheidung dedizierte Substratträger erforderlich.Low-priced and therefore economical solar cells are regularly contacted on both sides, both on the front facing the light and on the back, which is generally at least less illuminated. Since the contacts cause shadowing locally when light falls, they should occupy as little space as possible. Different busbar and finger designs as contact structures and contact structures without busbars, such as those used in the Smart Wire Connection Technology (SWCT), are a technical field in addition to the present invention and are therefore not to be explained further here. Various known contact production methods can be integrated in various methods according to the invention for producing solar cells. Conventional solar cells contacted on both sides, for example PERC solar cells or PERT solar cells, have unpassivated contacts both on their front and on their back. There is potential for improvement for these solar cells in the introduction of passivated rear contacts as well as passivated front contacts. The greatest effect can be achieved if all contacts are passivated. However, only the contacts on the front or on the back can also be passivated, for example because the greatest effect is achieved with such a one-sided passivation or simply because the process used works the easiest. The production of passivated contacts on both sides of the solar cell is more complex, corresponding to twice the number of layers required, than the production of passivated contacts on only one side of the solar cell. A system according to the invention for producing the passivated contacts on the front and a system according to the invention for producing the passivated contacts on the back can be used for the production of passivated contacts on both sides. However, it is also possible to produce all layers on both sides of the solar cell in a single complex system according to the invention. In some cases, synergies can be used, for example by producing a layer such as the boundary layer or the protective layer in one process on both sides of the solar cell. For example, both sides of the solar wafer can be oxidized together to produce boundary layers on both sides. The Silicon layers to be doped on both sides of the solar cell must be carefully manufactured separately to ensure the desired doping. In some cases, it is also necessary to transfer the substrates to other substrate carriers dedicated to the respective deposition.
Der Grenzschicht-Herstellungsbereich kann ein Oxidationsbereich sein, in dem insbesondere eine Oberflächenlage des Silizium- Solarwafers zu einer Siliziumoxidschicht aufoxidiert wird. Das durch Oxidation gebildete Oxid ist mit seinem atomaren Aufbau gut an die Unterlage aus kristallinem Silizium angepasst und deshalb eine gute oder sogar bevorzugte Passivierungsschicht. Zudem ist eine Oxidation des Substrats ein besonders einfacher und kostengünstiger Prozessschritt. Es können aber auch andere Oxidschichten durch Oxidation hergestellt werden. Oxidationen können auch Bestandteile von ALD-Abscheidungen sein. Beispielsweise können Aluminiumoxidschichten lagenweise hergestellt werden, indem abwechselnd eine Lage eines Aluminiumprecursors an der zu beschichtenden Oberfläche angelagert und dann oxidiert wird. Unter bestimmten Voraussetzungen werden solche Abscheidungen auch als Atomlagenabscheidungen (ALD) bezeichnet. Der Oxidationsbereich kann einen mit einem O3-haltigen Gas durchströmbaren Duschkopf aufweisen, der von einer Ozonquelle gespeist wird. Ozon ist ein geeignetes Gas, um bei niedrigen Temperaturen schnell eine Oxidschicht zu bilden. Die Eigenschaften der Grenzschicht, insbesondere Ihre Dicke, wirken sich direkt auf die Eigenschaften der hergestellten Solarzellen aus. Deshalb muss die Grenzschicht eine gute Homogenität sowohl auf einem Solarwafer (with-in-wafer-(wiw)-uniformity) als auch auf benachbarten Solarwafern haben (wafer to wafer-(wtw)-uniformity). Eine Voraussetzung zur Erreichung einer guten Homogenität ist eine gleichmäßige Gasbereitstellung. Die gleichmäßige Gasbereitstellung kann durch Duschköpfe realisiert sein. Diese können lineare Injektoren sein, die auch als eindimensionale Duschköpfe angesehen werden können, welche jeweils entlang einer Linie eine gleichmäßige Gasausströmung für darunter vorbeifahrende Solarwafer bereitstellen. Mehrere benachbarte lineare bzw. 1-dimensionale Injektoren können zu einem 2-dimensionalen Duschkopf kombiniert sein. Der Duschkopf kann auch ein zweidimensionaler Duschkopf sein, der für einen oder mehrere Solarwafer auf einer unbewegten oder bewegten Fläche hinreichend definierte Partialdrücke des Oxidationsmittels bereitstellt, um die gewünschte homogene Oxidation zu erreichen. Die Ozonquelle kann ein externer Ozongenerator sein, wobei das Ozon in bekannter Weise in einem separaten Raum von dem Ozongenerator erzeugt und über eine Leitung in den Oxidationsbereich gebracht wird. Ozon kann aber auch direkt in dem Oxidationsbereich aus Sauerstoff oder einem anderen Sauerstoff enthaltenden Gas gebildet werden, beispielsweise mittels eines Plasmas oder mittels einer UV-Lichtquelle. Der Oxidationsbereich kann eine Mikrowellenplasmaquelle und einen Gasanschluss für ein O2, O3 oder N2O enthaltendes Gas aufweisen. In Mikrowellenplasmen werden Ionen mit niedrigen Energien erzeugt, sodass mit einem Mikrowellenplasma keine Strahlungsschäden an den behandelten Solarwaferoberflächen entstehen. Außerdem sind mit Mikrowellenplasmaquellen große Plasmadichten und schnelle Prozesse möglich. The boundary layer production area can be an oxidation area, in which in particular a surface layer of the silicon solar wafer is oxidized to form a silicon oxide layer. With its atomic structure, the oxide formed by oxidation is well matched to the crystalline silicon base and is therefore a good or even preferred passivation layer. In addition, oxidation of the substrate is a particularly simple and inexpensive process step. However, other oxide layers can also be produced by oxidation. Oxidations can also be part of ALD deposits. For example, aluminum oxide layers can be produced in layers by alternately attaching a layer of an aluminum precursor to the surface to be coated and then oxidizing it. Under certain conditions, such deposits are also referred to as atomic layer deposits (ALD). The oxidation area can have a shower head through which an O 3 -containing gas can flow and which is fed by an ozone source. Ozone is a suitable gas to quickly form an oxide layer at low temperatures. The properties of the boundary layer, especially its thickness, have a direct effect on the properties of the solar cells produced. Therefore, the boundary layer must have good homogeneity both on a solar wafer (with-in-wafer (wiw) uniformity) and on neighboring solar wafers (wafer to wafer- (wtw) uniformity). A prerequisite for achieving good homogeneity is an even supply of gas. The uniform gas supply can be realized by shower heads. These can be linear injectors, which can also be viewed as one-dimensional shower heads, each of which provides a uniform gas outflow along a line for solar wafers passing underneath. Several adjacent linear or 1-dimensional injectors can be combined to form a 2-dimensional shower head. The shower head can also be a two-dimensional shower head which provides sufficiently defined partial pressures of the oxidizing agent for one or more solar wafers on an unmoving or moving surface in order to achieve the desired homogeneous oxidation. The ozone source can be an external ozone generator, the ozone being generated in a known manner in a separate room from the ozone generator and being brought into the oxidation region via a line. However, ozone can also be formed directly in the oxidation region from oxygen or another gas containing oxygen, for example by means of a plasma or by means of a UV light source. The oxidation region can have a microwave plasma source and a gas connection for a gas containing O 2 , O 3 or N 2 O. Ions with low energies are generated in microwave plasmas, so that no radiation damage to the treated solar wafer surfaces occurs with a microwave plasma. In addition, high plasma densities and fast processes are possible with microwave plasma sources.
Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann eine Inline-Anlage sein, in der wenigstens der Grenzschicht-Herstellungsbereich, der Si-Abscheidebereich und der Schutzschicht-Abscheidebereich auf einer Linie aufgereiht sind. Anlagen mit Transportvorrichtungen für einen geraden Substratdurchlauf sind besonders einfach aufgebaut, wenn man sie mit anderen Anlagentypen vergleicht, beispielsweise mit einer kreisförmigen Kammeranordnung um einen zentralen Handlingsbereich. Weitere Vorteile von Inline-Anlagen sind ihre Kompaktheit, Wartungsfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann auch zwei gerade miteinander fluchtende oder parallele Bearbeitungswege bzw. inline - Anordnungen aufweisen, beispielsweise einen ersten Bearbeitungsweg zur Beschichtung der Solarzellenvorderseite und einen zweiten Beschichtungsweg zur Beschichtung der Solarzellenrückseite.The solar cell coating system can be an inline system in which at least the boundary layer production area, the Si deposition area and the protective layer deposition area are lined up in a line. Plants with transport devices for a straight substrate pass are particularly simple when compared to other types of plant, for example with a circular chamber arrangement around a central handling area. Other advantages of inline systems are their compactness, ease of maintenance and economy. The solar cell coating system can also have two processing paths or inline arrangements that are just aligned or parallel with one another, for example a first processing path for coating the solar cell front side and a second coating path for coating the solar cell rear side.
Ein Si-Abscheidebereich der Solarzellen-Beschichtungsanlage kann eine abschließbare PECVD-Kammer mit einer darin enthaltenen, bei HF-Frequenz betreibbaren PECVD-Parallelplattenanordnung sein, wobei die PECVD-Kammer einen Silan- und einen Diborananschluss aufweist. Außerdem weist die Kammer weitere Gasanschlüsse auf, insbesondere ist ein H2-Anschluss vorhanden. Der Dotierstoff kann auch in einer Verdünnung in H2 bereitgestellt werden. In dieser Kammer kann entsprechend eine Bor enthaltende a-Si-Schicht abgeschieden wenden. Durch die abschließbare Kammer kann die räumliche Verschleppung des Dotierstoffs Bor außerhalb des für Bor vorgesehenen Abscheidebereichs hinreichend klein gehalten werden. Eine PECVD-Kammer zur Abscheidung einer n-dotierten Siliziumschicht kann einen Silan-Anschluss und einen Phosphin-Anschluss oder einen Arsin-Anschluss aufweisen. Für andere Abscheidungen mit Beteiligung von Dotierstoffen können entsprechend auch eigene PECVD-Kammern bereitgestellt sein. Zur Abscheidung der dotierten oder undotierten Siliziumschichten können auch thermische CVD Kammern oder anderweitig räumlich begrenzte Plasmabeschichtungsbereiche vorhanden sein.A Si deposition area of the solar cell coating system can be a lockable PECVD chamber with a PECVD parallel plate arrangement contained therein which can be operated at HF frequency, the PECVD chamber having a silane and a diborane connection. In addition, the chamber has further gas connections, in particular an H 2 connection. The dopant can also be provided in a dilution in H 2 . A boron-containing a-Si layer can accordingly be deposited in this chamber. The lockable chamber allows the spatial carry-over of the dopant boron outside the deposition area provided for boron to be kept sufficiently small. A PECVD chamber for depositing an n-doped silicon layer can have a silane connection and a phosphine connection or an arsine connection. Separate PECVD chambers can also be provided for other depositions that involve dopants. For the deposition of the doped or undoped silicon layers, thermal CVD chambers or other spatially limited plasma coating areas can also be present.
Der Schutzschicht-Abscheidebereich der erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage kann wenigstens eine Mikrowellenplasmaquelle und insbesondere Gas-Anschlüsse von Silan, Ammoniak, Lachgas, Sauerstoff und/oder Methan aufweisen, um eine SiNx, SiOxNy oder SiCxNy-Schicht abscheiden zu können. Die Schutzschicht wird so gewählt, dass sie die darunter befindliche Siliziumschicht vor der Eindiffusion von unerwünschten Stoffen, insbesondere von Wasser und unerwünschten Dotierstoffen, beispielsweise eine p-dotierte Si-Schicht vor Phosphor aus einer POCl3-Atmosphäre, und andere Teile des Solarwafers vor dem von der Schutzschicht abgedeckten Dotierstoff schützt. Vorzugsweise behindert die Schutzschicht auch eine Dotierstoffdiffusion aus der Siliziumschicht in die Schutzschicht, insbesondere indem sie eine Diffusionsbarriere aus Siliziumnitrid aufweist.The protective layer deposition area of the solar cell coating system according to the invention can have at least one microwave plasma source and in particular gas connections of silane, ammonia, Have nitrous oxide, oxygen and / or methane in order to be able to deposit a SiN x , SiO x N y or SiC x N y layer. The protective layer is selected such that it protects the silicon layer underneath before the diffusion of undesired substances, in particular water and undesired dopants, for example a p-doped Si layer in front of phosphorus from a POCl 3 atmosphere, and other parts of the solar wafer before protects dopant covered by the protective layer. The protective layer preferably also prevents dopant diffusion from the silicon layer into the protective layer, in particular in that it has a diffusion barrier made of silicon nitride.
Die erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage kann wenigstens einen Mehrschicht-Herstellungsbereich aufweisen, in welchem zeitlich nacheinander wenigstens zwei der folgenden drei Schichten herstellbar sind: die dünne Grenzschicht aus einem dielektrischen Material; die dotierte oder undotierte, insbesondere amorphe Siliziumschicht; und die Schutzschicht. In dieser Solarzellenbeschichtungsanlage wird der Schichtstapel von wenigstens zwei Schichten also nicht in an verschiedenen Orten befindlichen Schichtbildungsbereichen hergestellt, sondern es werden zumindest zwei Schichten am gleichen Ort durch einen zeitlichen Abstand verschiedener Beschichtungsschritte zueinander hergestellt. An gleichen Ort wird also erst eine erste Schicht, dann eine zweite Schicht hergestellt. Teilweise wird auch noch eine dritte Schicht am gleichen Ort hergestellt. In einem Abscheidebereich werden also in verschiedenen Varianten der Erfindung die Grenzschicht und die Siliziumschicht oder die Siliziumschicht und die Schutzschicht oder die Grenzschicht und die Siliziumschicht und die Schutzschicht hergestellt. Wenn in dem einen Abscheidebereich nur zwei der genannten drei Schichten hergestellt werden, dann wird die übrige Schicht entsprechend in einem anderen Abscheidebereich hergestellt.The solar cell coating system according to the invention can have at least one multilayer production area, in which at least two of the following three layers can be produced one after the other in time: the thin boundary layer made of a dielectric material; the doped or undoped, in particular amorphous silicon layer; and the protective layer. In this solar cell coating system, the layer stack of at least two layers is therefore not produced in layer formation areas located at different locations, but at least two layers are produced at the same location by a time interval between different coating steps. A first layer, then a second layer is therefore produced at the same location. Sometimes a third layer is also made at the same location. The boundary layer and the silicon layer or the silicon layer and the protective layer or the boundary layer and the silicon layer and the protective layer are thus produced in a deposition area in various variants of the invention. If only two of the three layers mentioned are produced in one deposition area, the remaining layer is correspondingly produced in another deposition area.
Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann wenigstens zwei gleichzeitig zur Schichtherstellung nutzbare Beschichtungsbereiche oder Mehrschicht-Herstellungsbereiche aufweisen. Für die Herstellung mehrerer Schichten wird mehr Zeit benötigt als zur Herstellung nur einer Schicht. Um auch bei langsamen Abscheidungen in einem Beschichtungsbereich die benötigten hohen Durchsätze der Beschichtungsanlage zu erreichen, kann die Beschichtungsanlage zwei oder mehr als zwei gleiche Beschichtungsbereiche oder Mehrschicht-Herstellbereiche aufweisen, welche gleichzeitig benutzbar sind, sodass in einem Zeitintervall mehr Substrate beschichtet werden können als in einer Anlage mit nur einem Beschichtungsbereich oder Mehrschicht-Herstellbereich. Weitere Anlagenkomponenten mit kürzeren Zykluszeiten als die Beschichtungsbereiche, beispielsweise Schleusenkammern und Automatisierungskomponenten zum Umladen von Substraten, können den mehreren Beschichtungsbereichen gemeinsam zugeordnet sein, sodass die Beschichtungsanlage insgesamt kompakt und kostengünstig aufgebaut ist.The solar cell coating system can have at least two coating areas or multi-layer manufacturing areas that can be used simultaneously for layer production. It takes more time to produce several layers than to produce only one layer. In order to achieve the required high throughputs of the coating system even in the case of slow depositions in a coating area, the coating system can have two or more than the same coating areas or multi-layer production areas which can be used simultaneously, so that more substrates can be coated in one time interval than in one System with only one coating area or multi-layer manufacturing area. Further system components with shorter cycle times than the coating areas, for example lock chambers and automation components for reloading substrates, can be assigned to the several coating areas together, so that the coating system is compact and inexpensive overall.
Der Beschichtungsbereich oder der Mehrschicht-Herstellungsbereich kann dabei jeweils eine abschließbare Vakuumkammer sein und die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann eine Inline-Substratbearbeitungsanlage mit wenigstens zwei Vakuumkammern und einer Transportvorrichtung für zwei-dimensionale Substratträger sein, wobei die Substratträger von der Transportvorrichtung taktweise in zwischen Arbeitstakten erfolgenden Transporttakten zwischen verschiedenen Kammern der Solarzellen-Beschichtungsanlage bewegbar sind. Beschichtungsprozesse werden regelmäßig in Vakuumkammern durchgeführt, einerseits, weil in Vakuumkammern die benötigten sauberen Prozessbedingungen bereitgestellt werden können und andererseits teilweise auch, weil physikalische und/oder chemische Prozesserfordernisse eine Abscheidung bei Unterdruck bzw. im Vakuum erfordern. Teilweise werden auch Normaldruckverfahren oder Überdruckverfahren in Vakuumkammern durchgeführt, weil in diesen schnelle Gaswechsel und die benötigte Gasreinheit bereitgestellt werden können. Inline-Anlagen, bei denen mehrere Kammern entlang einer Linie angeordnet sind, können kompakter aufgebaut werden als andere Mehrkammeranlagen, bei denen mehrere Kammern um einem zentralen Handlingsbereich angeordnet sind. Inline Solarzellen-Beschichtungsanlagen verwenden große zwei-dimensionale Substratträger, von denen viele Substrate, beispielsweise zweiundvierzig in sechs Spalten und sieben Zeilen angeordnete Solarwafer, getragen werden, die entsprechend große Oberflächen haben und die entsprechend große Vakuumkammern und sonstige Kammern erfordern. Bei diesen großen Kammern ist das Inlinekonzept gegenüber anderen, weniger platzsparenden Konzepten von besonderem Vorteil. Zur Bewegung der Substratträger durch verschiedene Kammern weist die Substratbeschichtungsanlage eine Transportvorrichtung auf. Die Transportvorrichtung kann angetriebene und nicht angetriebene Transportrollen aufweisen, von denen Laufschienen der Substratträger angetrieben und geführt werden. Die Transportvorrichtung kann auch anderweitig aufgebaut sein, z.B. unter Verwendung von Transportbänden, Pendel-Balken, Zugketten oder Schubstangen. Auch in einer Inline-Anlage können mehrere, gleiche Bearbeitungskammern hintereinander angeordnet sein. Die Transportvorrichtung sorgt dann dafür, dass die mehreren Kammern taktweise mit unbearbeiteten Substraten bestückt werden. Nach dem Bearbeitungstakt, in dem in mehreren Kammern gleichzeitig Substrate bearbeitet wurden, werden in einem weiteren Transporttakt die bearbeiteten Substrate aus mehreren Kammern von der Transportvorrichtung weitertransportiert. Die Solarzellen-Beschichtungsanlage weist eine Steuerung auf, die unter anderem die logistischen Abläufe der Transportvorrichtung steuert.The coating area or the multi-layer manufacturing area can each be a lockable vacuum chamber and the solar cell coating system can be an inline substrate processing system with at least two vacuum chambers and a transport device for two-dimensional substrate carriers, the substrate carriers being cycled by the transport device in transport cycles taking place between work cycles are movable between different chambers of the solar cell coating system. Coating processes are carried out regularly in vacuum chambers, on the one hand because the required clean process conditions can be provided in vacuum chambers and on the other hand partly because physical and / or chemical process requirements require deposition under reduced pressure or in a vacuum. In some cases, normal pressure processes or overpressure processes are also carried out in vacuum chambers because quick gas changes and the required gas purity can be provided in them. Inline systems in which several chambers are arranged along a line can be constructed more compactly than other multi-chamber systems in which several chambers are arranged around a central handling area. Inline solar cell coating systems use large two-dimensional substrate carriers, many of which support substrates, for example forty-two solar wafers arranged in six columns and seven rows, which have correspondingly large surfaces and which require correspondingly large vacuum chambers and other chambers. With these large chambers, the inline concept is of particular advantage over other, less space-saving concepts. The substrate coating system has a transport device for moving the substrate carrier through different chambers. The transport device can have driven and non-driven transport rollers, from which tracks of the substrate carriers are driven and guided. The transport device can also be constructed in some other way, for example using conveyor belts, pendulum beams, pull chains or push rods. Several identical processing chambers can also be arranged one behind the other in an inline system. The transport device then ensures that the multiple chambers are intermittently loaded with unprocessed substrates. After the processing cycle in which substrates have been processed in several chambers at the same time, the processed substrates are transported from several chambers by the transport device in a further transport cycle. The solar cell The coating system has a control system which, among other things, controls the logistical processes of the transport device.
Die Solarzellen-Beschichtungsanlage kann auch als eine Substratbearbeitungsanlage mit wenigstens zwei Vakuumkammern und einer Transportvorrichtung zum taktweisen Bewegen von dreidimensionalen Substratträgern ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Solarzellen-Beschichtungsanlage mehrere Rohr-Reaktoren aufweisen, in denen in Booten aufgenommene Substrate bearbeitet werden. Die Substratoberflächen befinden sich dabei in unterschiedlichen Ebenen in einem dreidimensionalen Raum. Die Transportvorrichtung transportiert dabei die beladenen Boote in die einzelnen Vakuumkammern hinein und aus diesen heraus. Teilweise realisiert die Transportvorrichtung auch Bewegungen während der Bearbeitung, beispielsweise Hin- und Her-Oszillationen zum Verhindern anlagenspezifischer Bearbeitungsmuster bzw. für eine homogene Beschichtung.The solar cell coating system can also be designed as a substrate processing system with at least two vacuum chambers and a transport device for the cyclical movement of three-dimensional substrate carriers. For example, the solar cell coating system can have several tube reactors in which substrates received in boats are processed. The substrate surfaces are in different planes in a three-dimensional space. The transport device transports the loaded boats into and out of the individual vacuum chambers. The transport device also partially realizes movements during processing, for example back and forth oscillations to prevent plant-specific processing patterns or for a homogeneous coating.
Die Vakuumkammern sind in verschieden Ausgestaltungen der Erfindung mit Mitteln für eine Insitu-Reinigung ausgestattet sind. In Beschichtungskammern treten regelmäßig auch Beschichtungen von Anlagenteilen auf, wo eigentlich keine Beschichtung benötigt wird. Die Beschichtungen müssen regelmäßig entfernt werden, beispielsweise um Abplatzungen zu vermeiden. Eine erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage mit mehreren Vakuumkammern kann dafür ausgebildet sein, in der einen Kammer eine Abscheidung auf Substraten und gleichzeitig eine Reinigung einer anderen Vakuumkammer durchzuführen. In einer solchen Anlage kann das Reinigen fließend in den Produktionsablauf integriert werden, sodass eine große Anlagenverfügbarkeit erreicht wird. Beispielsweise kann eine Inline-Beschichtungsanlage so eingerichtet sein, dass von vier Beschichtungskammern immer drei zur Beschichtung genutzt werden und die vierte Kammer gereinigt wird, wobei rollierend nacheinander alle Kammern gereinigt werden.In various configurations of the invention, the vacuum chambers are equipped with means for in-situ cleaning. Coatings of system parts occur regularly in coating chambers, where no coating is actually required. The coatings must be removed regularly, for example to avoid flaking. A solar cell coating system according to the invention with a plurality of vacuum chambers can be designed to carry out deposition on substrates in one chamber and, at the same time, to clean another vacuum chamber. In such a system, cleaning can be seamlessly integrated into the production process, so that high system availability is achieved. For example, an inline coating system can be set up in such a way that four of the four coating chambers are always used for coating and the fourth chamber is cleaned, with all chambers being cleaned one after the other on a rolling basis.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer Solarzellen-Herstellungslinie zur Herstellung von Solarzellen aus Solarwafern gelöst, in welcher in den p- oder n-dotierten Solarwafer eine entgegengesetzt dotierte Lage eindiffundiert wird oder auf dem p- oder n-dotierten Solarwafer eine entgegengesetzt dotierte Schicht ausgebildet wird, Solarwafer mit Passivierungsschichten und wenigstens einer Antireflexionsschicht beschichtet werden und die Solarwafer unter Ausbildung von Solarzellen mit Kontakten für den externen elektrischen Anschluss ausgestattet werden, die sich dadurch auszeichnet, dass die erfindungsgemäße Solarzellen-Herstellungslinie gegenüber einer herkömmlichen Solarzellen-Herstellungslinie aus dem Stand der Technik zusätzlich wenigstens eine erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlage aufweist, um mit dieser Solarzellen-Beschichtungsanlage wenigstens einen passivierten Kontakt der Solarzelle zu realisieren.The object of the invention is also achieved by a solar cell production line for producing solar cells from solar wafers, in which an oppositely doped layer is diffused into the p- or n-doped solar wafer or an oppositely doped layer on the p- or n-doped solar wafer is formed, solar wafers are coated with passivation layers and at least one antireflection layer, and the solar wafers are equipped with contacts for the external electrical connection, with the formation of solar cells, which is characterized in that the solar cell production line according to the invention is compared to a conventional solar cell production line from the prior art Technology additionally has at least one solar cell coating system according to the invention in order to implement at least one passivated contact of the solar cell with this solar cell coating system.
Eine Solarzellen-Herstellungslinie weist in einigen Ausführungsbeispielen eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von passivierten Kontakten an der Rückseite einer PERC Solarzelle auf. In anderen Ausführungsbeispielen weist die Solarzellen-Herstellungslinie eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von passivierten Kontakten an der Rückseite einer PERC Solarzelle und eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von passivierten Kontakten an der Vorderseite der PERC Solarzelle auf. In weiteren Ausführungsbeispielen weist die Solarzellen-Herstellungslinie eine Solarzellen-Beschichtungsanlage zur Herstellung von passivierten Kontakten an der Rückseite und zur Herstellung von passivierten Kontakten an der Vorderseite einer PERC Solarzelle auf. In weiteren nicht einzeln aufgeführten Ausführungsbeispielen sind Solarzellen-Herstellungslinien anderer Technologien, z.B. PERT, mit passenden erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlagen ausgestattet. Die verschiedenen Beschreibungen von Optionen erfindungsgemäßer Solarzellen-Beschichtungsanlagen gelten entsprechend auch für verschiedene Optionen verschiedener Solarzellen-Herstellungslinien.In some exemplary embodiments, a solar cell production line has a solar cell coating system for producing passivated contacts on the back of a PERC solar cell. In other exemplary embodiments, the solar cell production line has a solar cell coating system for producing passivated contacts on the back of a PERC solar cell and a solar cell coating system for producing passivated contacts on the front of the PERC solar cell. In further exemplary embodiments, the solar cell production line has a solar cell coating system for producing passivated contacts on the back and for producing passivated contacts on the front of a PERC solar cell. In other exemplary embodiments not listed individually, solar cell production lines of other technologies, e.g. PERT, equipped with suitable solar cell coating systems according to the invention. The various descriptions of options for solar cell coating systems according to the invention also apply accordingly to various options for different solar cell production lines.
Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung von Verfahren zur Herstellung von auf kristallinem Silizium basierenden Solarzellen mit jeweils einem kristallinen Siliziumsubstrat, wenigstens einem p-dotierten Bereich und wenigstens einem n-dotierten Bereich in dem Siliziumsubstrat, metallischen Kontakten an dem p-dotierten Bereich und dem n-dotierten Bereich, wenigstens einer zwischen dem Kontakt und dem Siliziumsubstrat angeordneten dielektrischen Grenzschicht mit einer Dicke unter 5nm , insbesondere unter 3 nm, wobei die Grenzschicht einen elektrischen Stromfluss durch die Grenzschicht, insbesondere einen Tunnelstromfluss, ermöglicht und wenig behindert, gelöst, wobei das Herstellungsverfahren neben weiteren Verfahrensschritten die folgenden Verfahrensschritte aufweist, in denen:
- - in wenigstens einem Grenzschichtherstellungsschritt auf wenigstens einer Seite des Substrates die Grenzschicht hergestellt wird, insbesondere durch Oxidation von Silizium zu Siliziumoxid,
- - in einem auf den Grenzschichtherstellungsschritt vorzugsweise unmittelbar folgenden Si-Abscheideschritt auf der einseitigen Grenzschicht, eine dotierstoffhaltige PECVD Si Abscheidung einer insitu-dotierten Si-Schicht oder bei einer zweiseitigen Grenzschicht wenigstens einseitig eine dotierstoffhaltige PECVD Si-Abscheidung einer insitu-dotierten Si-Schicht und/oder eine einseitige, undotierte PECVD Si-Abscheidung einer undotierten Si-Schicht erfolgt,
- - in einem vorzugsweise unmittelbar darauffolgenden Verfahrensschritt wenigstens eine einseitige Schutzschicht auf der dotierstoffhaltigen Si-Schicht abgeschieden wird,
- - in wenigstens einem Hochtemperaturschritt bei Temperaturen über 800°C ein Dotierstoff in das Siliziumsubstrat oder in die zuvor undotiert abgeschiedene Si-Schicht eindiffundiert und/oder die Dotierung in der insitu-dotierten Schicht aktiviert wird als auch die eine Si-Schicht oder beide Si-Schichten zu nanokristallinen oder mikrokristallinen Si-Schichten mit aktivierten Dotierungen kristallisiert werden, das sich dadurch auszeichnet, dass alle aufgeführten Verfahrensschritte mit einer Schichtherstellung oder Abscheidung in einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage durchgeführt werden. Verschiedene Optionen erfindungsgemäßer Solarzellen-Beschichtungsanlagen sind mit entsprechenden Optionen des Herstellungsverfahrens gekoppelt. Der Hochtemperaturschritt kann hingegen in einem separaten Ofen durchgeführt werden.
- the boundary layer is produced in at least one boundary layer production step on at least one side of the substrate, in particular by oxidation of silicon to silicon oxide,
- - In a Si deposition step on the one-sided boundary layer, preferably immediately following the boundary layer production step, a dopant-containing PECVD Si deposition of an in situ-doped Si layer or, in the case of a two-sided boundary layer, at least on one side a dopant-containing PECVD Si deposition of an insitu-doped Si layer and / or a one-sided, undoped PECVD Si deposition of an undoped Si layer takes place,
- at least one one-sided protective layer is deposited on the dopant-containing Si layer in a method step that preferably follows immediately afterwards,
- - In at least one high-temperature step at temperatures above 800 ° C., a dopant diffuses into the silicon substrate or into the previously undoped Si layer and / or the doping in the in-situ doped layer is activated as well as the one Si layer or both Si Layers are crystallized into nanocrystalline or microcrystalline Si layers with activated doping, which is characterized in that all the process steps listed are carried out with a layer production or deposition in a solar cell coating system according to the invention. Different options of solar cell coating systems according to the invention are coupled with corresponding options of the manufacturing process. The high temperature step, however, can be carried out in a separate oven.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert gegenüber einem herkömmlichen Verfahren nur minimale zusätzliche Investitionen in zusätzliche Anlagentechnik, weil im einfachsten Fall alle neuen Verfahrensschritte in einer einzigen erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage durchgeführt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer neuen erfindungsgemäßen Herstellungslinie durchgeführt werden. Eine herkömmliche Solarzellen-Herstellungslinie kann auch durch Nachrüstung einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage zu einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Herstellungslinie erweitert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber einem herkömmlichen Verfahren nur wenig aufwendiger, sodass sich Investitionen in erfindungsgemäße Solarzellen-Beschichtungsanlagen schnell amortisieren können.Compared to a conventional method, the method according to the invention requires only minimal additional investments in additional system technology, because in the simplest case all new method steps can be carried out in a single solar cell coating system according to the invention. The method according to the invention can be carried out in a new production line according to the invention. A conventional solar cell production line can also be expanded to a solar cell production line according to the invention by retrofitting a solar cell coating system according to the invention. The method according to the invention is only slightly more complex than a conventional method, so that investments in solar cell coating systems according to the invention can quickly pay for themselves.
Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen weiter erläutert werden, wobei
-
1 eine Außenansicht einer erfindungsgemäßen Solarzellen-Beschichtungsanlage, -
2 eine Übersichtsskizze eines Solarzellen-Beschichtungsanlagen-Ausführungsbeispiels, -
3 . eine Übersichtsskizze eines Solarzellen-Beschichtungsanlagen-Ausführungsbeispiels, -
4 einen Ablaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens, -
5 . einen Ablaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens und -
6 . einen Ablaufplan eines dritten Ausführungsbeispiels des Verfahrens zeigt.
-
1 an external view of a solar cell coating system according to the invention, -
2nd an overview sketch of an embodiment of a solar cell coating system, -
3rd . an overview sketch of an embodiment of a solar cell coating system, -
4th 1 shows a flowchart of a first exemplary embodiment of the method, -
5 . a flow chart of a second embodiment of the method and -
6 . shows a flow chart of a third embodiment of the method.
Figur
Außerdem weist die Solarzellen-Beschichtungsanlage
In
Das vorgestellte Konzept mit mehreren gleichen hintereinander angeordneten Beschichtungsbereichen
- 1. Bereitstellen eines p-dotierten Solarwafers und nasschemisches Überätzen
110 sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite zur Entfernung von beim Sägen des Solarwafers entstandenen Sägeschäden (Stand der Technik), - 2. nasschemisches beidseitiges Texturieren
111 der Vorderseite und der Rückseite (Stand der Technik), - 3. beidseitiges Reinigen
112 (Stand der Technik), - 4.
Herstellen einer Grenzschicht 116 , nämlich einer Rückseitengrenzschicht durch Oxidation der Rückseite des Solarwafers in einem ozonhaltigen Gasgemisch in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage, konkret in einer Inline-Durchlaufanlage mit Substratträgern für matrixartig von dem Substratträger aufgenommenen Substrate, - 5. PECVD-
Abscheiden 117 einer insitu-Bor-dotierten Si Schicht auf der Rückseite der Solarwafer in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage1 ,1' , - 6. PECVD-
Abscheidung 118 einer aus SiON bestehenden Schutzschicht auf der Bor-dotierten Si Schicht, sowohl auf den beschichteten Rückseiten der Solarwafer als auch auf den beschichteten Substratträgerbereichen, die die Solarwafer-Rückseiten umgeben, in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage1 .1' , - 7.
Diffusion 119 von Phosphor in die Solarzellen-Vorderseiten in einem Diffusionsofen, wobei auf der Vorderseite jeweils eine Phosphor-Silikat-Glas-Schicht (PSG ) ausgebildet wird (Stand der Technik), und wobei gleichzeitig auf der Rückseite auch die Si-Schicht kristallisiert und auch die Bor-p-Dotierung aktiviert wird (neu), - 8.
nasschemisches Entfernen 120 der PSG-Schicht von der Vorderseite (Stand der Technik), wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung gleichzeitig auf der Rückseite auch die Schutzschicht mit entfernt wird (neu), - 9. PECVD-Abscheidungen
121 - 123 einer Passivierungs- und Antireflexionsschicht auf der Rückseite, bestehend aus einer AlOx und einer SiNx:H Schicht, und einer SiNx:H - Passivierungs- und Antireflexionsschicht auf der Vorderseite (Stand der Technik), - 10.
Siebdrucken 124 von Metallpasten auf der Vorderseite und der Rückseite (Stand der Technik), - 11. Herstellen
von metallischen Kontakten 125 aus den Metallpasten in einem Kontaktfeuerungsschritt, in welchem die Metallpasten durch die Passivierungs- und Antireflexionsschichten durchgefeuert und elektrische Kontakte mit der Solarzelle hergestellt werden(Stand der Technik), wobei auf der Rückseite infolge des Vorhandenseins der Grenzschicht die Kontakte passivierte Kontrakte sind (neu).
- 1. Provision of a p-doped solar wafer and
wet chemical overetching 110 both the front and the back for removing saw damage caused by sawing the solar wafer (prior art), - 2. Wet chemical texturing on both
sides 111 the front and the back (state of the art), - 3. Double-sided cleaning
112 (State of the art), - 4. Establish a
boundary layer 116 , namely a rear boundary layer by oxidation of the rear side of the solar wafer in an ozone-containing gas mixture in the solar cell coating system according to the invention, specifically in an inline continuous system with substrate carriers for substrates received in matrix form by the substrate carrier, - 5.
PECVD deposition 117 an in situ boron doped Si layer on the back of the solar wafer in the solar cell coating system according to theinvention 1 ,1' , - 6. PECVD deposition
118 a protective layer made of SiON on the boron-doped Si layer, both on the coated rear sides of the solar wafers and on the coated substrate support regions which surround the solar wafer rear sides, in the solar cell coating system according to theinvention 1 .1' , - 7.
Diffusion 119 of phosphorus in the front of the solar cells in a diffusion furnace, with a phosphorus silicate glass layer (PSG ) is formed (prior art), and at the same time the Si layer also crystallizes on the back and the boron-p doping is also activated (new), - 8. Wet
chemical removal 120 the PSG layer from the front (prior art), the protective layer on the back also being removed at the same time (new) in the context of the present invention, - 9. PECVD deposits
121-123 a passivation and anti-reflection layer on the back, consisting of an AlO x and an SiN x : H layer, and an SiN x : H - passivation and anti-reflection layer on the front (prior art), - 10.
Screen printing 124 of metal pastes on the front and the back (state of the art), - 11. Making
metallic contacts 125 from the metal pastes in a contact firing step, in which the metal pastes are fired through the passivation and anti-reflection layers and electrical contacts are made with the solar cell (prior art), the contacts being passivated on the back due to the presence of the boundary layer (new).
Die Verfahrensschritte
In einem Oxidationsbereich zur Durchführung des 4. Schrittes wird über einen Gasduschkopf mit einer Vielzahl von Gasauslasslöchern ein ozonhaltiges Gas als Oxidationsmittel zur Oxidation der temperierten Solarwafer bereitgestellt. Die Dicke der durch Oxidation gebildeten Grenzschicht kann durch die Durchlaufgeschwindigkeit, die Größe des Gasduschkopfes, die Temperatur und den Druck, bzw. Gaspartialdrücke gesteuert werden. Im vorgestellten Ausführungsbeispiel liegt die Dicke des Grenzoxids bei ca. 2 nm. In anderen Ausführungsbeispielen werden andere Dicken im Bereich zwischen 1 nm und 5 nm eingestellt. Das Ozon wird in einem unmittelbar extern vor dem Gasduschkopf angeordnetem Ozongenerator erzeugt, in welchem aus Sauerstoff Ozon erzeugt wird. In anderen Ausführungsbeispielen wird Ozon anders erzeugt, beispielsweise mittels eines Plasmas, oder es kommen andere Oxidationsmittel zum Einsatz, beispielsweise O2, N2O oder H2O.In an oxidation area for performing the fourth step, a gas shower head with a plurality of gas outlet holes provides an ozone-containing gas as an oxidizing agent for the oxidation of the tempered solar wafers. The thickness of the boundary layer formed by oxidation can be controlled by the throughput speed, the size of the gas shower head, the temperature and the pressure or gas partial pressures. In the exemplary embodiment presented, the thickness of the boundary oxide is approximately 2 nm. In other exemplary embodiments, other thicknesses are set in the range between 1 nm and 5 nm. The ozone is generated in an ozone generator arranged directly in front of the gas shower head, in which ozone is generated from oxygen. In other exemplary embodiments, ozone is generated differently, for example by means of a plasma, or other oxidizing agents are used, for example O 2 , N 2 O or H 2 O.
Die Si-Schicht wird im
Die Schutzschicht im 6. Schritt des Verfahrens ist im vorgestellten Ausführungsbeispiels eine 80 nm dicke SiON Schicht. In einem ersten Teil der Herstellung der SiON Schicht wird die Oberfläche der zu schützenden Si-Schicht in einer NH3-Atmosphäre nitridiert. In weiteren Teilschritten wird weitere Schichtdicke unter Verwendung der Präkursoren Silan (SiH4), Ammoniak (NH3) und Lachgas (N2O) und von linearen Mikrowellenplasmaquellen per PECVD abgeschieden. Im Lauf der SiON-Beschichtung nimmt der Ammoniakanteil ab und der Lachgasanteil zu, sodass die SiON-Schicht an der Grenze zur Siliziumschicht nahezu ein Siliziumnitrid und an ihrer Oberfläche nahezu eine Siliziumoxidschicht ist. Zu dünne Schichten bieten keinen ausreichenden Schutz vor Diffusionen durch die Schicht bzw. durch Diffusionspfade in der Schicht. Zu dicke Schichten ziehen Nachteile wie z.B. erhöhte Kosten bei der späteren Entfernung der Schichten von den Solarwafern nach sich. In anderen Ausführungsbeispielen besteht die Schutzschicht aus einem anderen Material z.B, SiNx, SiOx, SiCxOyNz, AlOx oder die Schutzschicht wird mit einem anderen Verfahren abgeschieden, z.B. mit einem HF-PECVD- oder einem ALD-Abscheideverfahren.The protective layer in the 6th step of the method is an 80 nm thick SiON layer in the exemplary embodiment presented. In a first part of the production of the SiON layer, the surface of the Si layer to be protected is nitrided in an NH 3 atmosphere. In further sub-steps, further layer thickness is deposited using the precursors silane (SiH 4 ), ammonia (NH 3 ) and laughing gas (N 2 O) and from linear microwave plasma sources using PECVD. During the course of the SiON coating, the ammonia portion decreases and the laughing gas portion increases, so that the SiON layer is almost a silicon nitride at the boundary with the silicon layer and almost a silicon oxide layer on its surface. Too thin layers do not offer adequate protection against diffusion through the layer or through diffusion paths in the layer. Too thick layers have disadvantages such as increased costs for the later removal of the layers from the solar wafers. In other exemplary embodiments, the protective layer consists of a different material, for example SiN x , SiO x , SiC x O y N z , AlO x, or the protective layer is deposited using another method, for example using an HF-PECVD or an ALD deposition method.
Das in
- 1. Bereitstellen eines n-dotierten Solarwafers und nasschemisches Überätzen sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite zur Entfernung von beim Sägen des Solarwafers entstandenen Sägeschäden (Stand der Technik, saw demage etch - SDE),
- 2. nasschemisches beidseitiges Texturieren
111 der Vorderseite und der Rückseite und anschließendes Reinigen112 (Stand der Technik), - 3.
Diffusion 113 von Bor in die Solarzellen-Vorderseiten und Rückseiten in einem Diffusionsofen, wobei jeweils eine Bor-Silikat-Glas-Schicht (BSG ) ausgebildet wird (Stand der Technik), - 4.
nasschemisches Entfernen 114 der BSG-Schichten von der Vorderseite und der Rückseite und des mit Bor dotierten Rückseiten-Oberflächenbereichs (single side etch SSE) und anschließender Reinigung115 (Stand der Technik), -
5 . Herstellen einer Grenzschicht, nämlich einer Rückseitengrenzschicht durchOxidieren 116 der Rückseite des Solarwafers in einem ozonhaltigen Gasgemisch in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage1 ,1' , konkret in einer Inline-Durchlaufanlage mit Substratträgern 7 für matrixartig von dem Substratträger aufgenommene Substrate, wobei in einem Oxidationsbereich der inline-Durchlaufanlage die Oxidschicht auf der Rückseite der Solarwafer beim Vorbeifahren an einem linearen Ozon-Duschkopf 5 gebildet wird, - 6. PECVD-
Abscheiden 117 einer insitu-Phosphor-dotierten Si-Schicht auf der Rückseite der Solarwafer in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage1 ,1' , wobei die Si-Schicht von Mikrowellenplasmaquellen8 auf vorbeifahrende Substratträger7 abgeschieden wird, - 7. PECVD-
Abscheiden 119 einer aus SiON bestehenden Schutzschicht auf der Phosphor-dotierten Si Schicht, wobei die Siliziumschicht eine weitgehend amorphe Morphologie mit wenig kristallinem Anteil hat, sie also näherungsweise eine a-Si Schicht ist, - 8.
Kristallisieren 119 der Si-Schicht in einem Offen bei wenigstens 800°C, - 9.
Entfernen 120 der Schutzschicht auf der Rückseite und Reinigen der Vorderseite, - 10. PECVD-
Abscheiden 121 ,122 einer Passivierungs- und einer Antireflexionsschicht auf der Vorderseite und PECVD-Abscheiden 123 einer Passivierungs- und Reflexionsschicht auf der Rückseite, - 10.
Siebdrucken 124 von Metallpasten auf der Vorderseite und der Rückseite, - 11. Herstellen von metallischen Kontakten aus den Metallpasten in
einem Kontaktfeuerungsschritt 125 , in welchem die Metallpasten durch die Passivierungs- und Antireflexionsschichten durchgefeuert und elektrische Kontakte mit der Solarzelle hergestellt werden, wobei auf der Rückseite infolge des Vorhandenseins der Grenzschicht die Kontakte passivierte Kontrakte sind.
- 1. Provision of an n-doped solar wafer and wet chemical overetching of both the front side and the back side to remove saw damage caused by sawing the solar wafer (prior art, saw demage etch - SDE),
- 2. Wet chemical texturing on both
sides 111 the front and back and then cleaning112 (State of the art), - 3.
Diffusion 113 boron into the front and back of the solar cells in a diffusion furnace, each with a boron silicate glass layer (BSG ) is trained (state of the art), - 4. Wet
chemical removal 114 the BSG layers from the front and the back and the boron-doped back surface area (single side etch SSE) and subsequent cleaning115 (State of the art), -
5 . Forming a boundary layer, namely a rear boundary layer byoxidation 116 the back of the solar wafer in an ozone-containing gas mixture in the solar cell coating system according to theinvention 1 ,1' , specifically in an inline continuous system withsubstrate carriers 7 for substrates received in a matrix-like manner by the substrate carrier, the oxide layer on the back of the solar wafer in an oxidation area of the inline continuous system as it passes a linearozone shower head 5 is formed - 6.
PECVD deposition 117 an in-situ phosphorus-doped Si layer on the back of the solar wafer in the solar cell coating system according to theinvention 1 ,1' , wherein the Si layer from microwave plasma sources8th on passingsubstrate carriers 7 is deposited - 7. PECVD deposition
119 a protective layer made of SiON on the phosphorus-doped Si layer, the silicon layer having a largely amorphous morphology with little has a crystalline component, i.e. it is approximately an a-Si layer, - 8.
Crystallize 119 the Si layer in an open at at least 800 ° C, - 9. Remove
120 the protective layer on the back and cleaning the front, - 10.
PECVD deposition 121 ,122 a passivation and an anti-reflective layer on the front and PECVD deposition123 a passivation and reflection layer on the back, - 10.
Screen printing 124 of metal pastes on the front and back, - 11. Production of metallic contacts from the metal pastes in one
contact firing step 125 , in which the metal pastes are fired through the passivation and anti-reflection layers and electrical contacts are made with the solar cell, the contacts being passivated contracts on the back due to the presence of the boundary layer.
Die Verfahrensschritte
Die Si-Schicht wird im 5. Schritt im vorgestellten Ausführungsbeispiel mit linearen Mikrowellenplasmaquellen
Die Schutzschicht im Schritt
Im
- 1. Bereitstellen eines Solarwafers und nasschemisches Überätzen
110 sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite zur Entfernung von beim Sägen des Solarwafers entstandenen Sägeschäden. (Stand der Technik), - 2. nasschemisches beidseitiges Texturieren
111 der Vorderseite und der Rückseite (Stand der Technik), - 3.
Reinigung 112 beidseitig (Stand der Technik), - 4. Gleichzeitiges Herstellen
von zwei Grenzschichten 116 , nämlich einer Rückseitengrenzschicht durch Oxidation der Rückseite des Solarwafers und einer Vorderseitengrenzschicht durch Oxidation der Vorderseite des Solarwafers in einem ozonhaltigen Gasgemisch in der erfindungsgemäßen Solarzellenbeschichtungsanlage, konkret einer inline-Durchlaufanlage mit Substratträgern für matrixartig von dem Substratträger aufgenommene Substrate, - 5. PECVD-
Abscheidung 117 mit insitu-Dotierung bzw. Dotierstoffeinbringung einer Bor-enthaltenden Si Schicht auf der Solarwafer-Rückseite, - 6. PECVD-
Abscheidung 118 einer aus SiON bestehenden Schutzschicht auf der Bor-haltigen Si Schicht auf den beschichteten Rückseiten der Solarwafer, - 7.
Umladen 126 der Substrate auf andere Substratträger, - 8. PECVD-
Abscheiden 127 einer Phosphor enthaltenden Si-Schicht auf der Vorderseite des Solarwafers, - 9. PECVD-Abscheiden einer aus
SiON 128 bestehenden Schutzschicht auf der Phosphor enthaltenden a-Si Schicht auf den Vorderseiten der Solarwafer, - 10.
Temperaturbehandlung 119 in einem Ofen (Diffusionsofen aus dem Stand der Technik) zur Aktivierung der Phosphor-Dotierung in den Si-Schichten auf den Solarwafer-Vorderseiten und zur Aktivierung der Bor-Dotierung in den Si-Schichten auf den Solarzellen-Rückseiten, wobei gleichzeitig auf der Vorderseite und der Rückseite auch die Si-Schichten kristallisiert (zu c-Si-Schichten) werden, - 11. nasschemisches Entfernen der
Schutzschichten 120 , - 12. PECVD-Abscheidungen
121 - 123 einer Passivierungs- und Antireflexionsschicht auf der Rückseite, bestehend aus einer AlOx und einer SiNx:H Schicht, und einer SiNx:H Schicht - Passivierungs- und Antireflexionsschicht auf der Vorderseite, - 13.
Siebdrucken 124 von Metallisierungspasten auf der Vorderseite und der Rückseite, - 14. Herstellen
von metallischen Kontakten 125 aus den Metallpasten in einem Kontaktfeuerungsschritt, in welchem die Metallpasten durch die Passivierungs- und Antireflexionsschichten durchgefeuert und elektrische Kontakte mit den c-Si-Schichten der Solarzelle hergestellt werden, wobei sowohl auf der Rückseite als auch auf der Vorderseite infolge des Vorhandenseins der Grenzschichten die Kontakte passivierte Kontrakte sind.
- 1. Provision of a solar wafer and
wet chemical overetching 110 Both the front and the back for removing saw damage caused by sawing the solar wafer. (State of the art), - 2. Wet chemical texturing on both
sides 111 the front and the back (state of the art), - 3. Cleaning
112 on both sides (state of the art), - 4. Simultaneous creation of two
boundary layers 116 , namely a rear boundary layer by oxidation of the rear side of the solar wafer and a front boundary layer by oxidation of the front side of the solar wafer in an ozone-containing gas mixture in the solar cell coating system according to the invention, specifically an inline continuous system with substrate carriers for substrates taken up in matrix form by the substrate carrier, - 5.
PECVD deposition 117 with in-situ doping or dopant introduction of a boron-containing Si layer on the back of the solar wafer, - 6. PECVD deposition
118 a protective layer made of SiON on the boron-containing Si Layer on the coated backs of the solar wafers, - 7. Reload
126 the substrates on other substrate carriers, - 8. PECVD deposition
127 a Si layer containing phosphorus on the front side of the solar wafer, - 9. PECVD deposition of a protective layer consisting of
SiON 128 on the phosphorus-containing a-Si layer on the front sides of the solar wafers, - 10.
Temperature treatment 119 in a furnace (diffusion furnace from the prior art) for activating the phosphorus doping in the Si layers on the solar wafer front sides and for activating the boron doping in the Si layers on the rear side of the solar cells, simultaneously on the front side and the rear side also crystallizes the Si layers (to c-Si layers), - 11. Wet chemical removal of the
protective layers 120 , - 12. PECVD deposits
121-123 a passivation and anti-reflection layer on the back, consisting of an AlO x and an SiN x : H layer, and an SiN x : H layer - passivation and anti-reflection layer on the front, - 13.
Screen printing 124 of metallization pastes on the front and the back, - 14. Making
metallic contacts 125 from the metal pastes in a contact firing step, in which the metal pastes are fired through the passivation and antireflection layers and electrical contacts are made with the c-Si layers of the solar cell, the contacts on both the back and the front due to the presence of the boundary layers are passivated contracts.
In diesem Ausführungsbeispiel sind insbesondere die Verfahrensschritte
Die vorgestellten Ausführungsbeispiele sind als die Erfindung nicht einschränkende Beispiele zu verstehen und nicht als eine Festlegung der Erfindung darauf. Die Erfindung umfasst auch nicht explizit ausgeführte Alternativen, die der Fachmann aus der vorliegenden Offenbarung und seinen Fachwissen definiert. Zufällig nacheinander beschriebene Optionen sind als separate Optionen zu verstehen, nicht als zwingende Merkmalskombination.The exemplary embodiments presented are to be understood as examples not restrictive of the invention and not as a definition of the invention thereon. The invention also encompasses non-explicit alternatives defined by the person skilled in the art from the present disclosure and his specialist knowledge. Options that are described randomly one after the other are to be understood as separate options, not as a mandatory combination of features.
BezugszeichenlisteReference list
- 1, 1'1, 1 '
- Solarzellen-BeschichtungsanlageSolar cell coating system
- 22nd
- Grenzschicht-HerstellungsbereichBoundary layer manufacturing area
- 3, 3'3, 3 '
- Si-Abscheidebereich bzw. PECVD-Kammer mit Si AbscheidebereichSi separation area or PECVD chamber with Si separation area
- 44th
- Schutzschicht-AbscheidebereichProtective layer deposition area
- 55
- DuschkopfShower head
- 66
- OzongeneratorOzone generator
- 77
- SubstratträgerSubstrate carrier
- 8, 98, 9
- Mikrowellenplasmaquelle für die Siliziumabscheidung bzw. die SchutzschichtabscheidungMicrowave plasma source for silicon deposition or protective layer deposition
- 1010th
- SilananschlussSilane connection
- 1111
- PhosphinanschlussPhosphine connection
- 1212th
- AmmoniakanschlussAmmonia connection
- 1313
- LachgasanschlussNitrous oxide connection
- 1414
- PECVD-ParallelplattenanordnungPECVD parallel plate arrangement
- 1515
- Mittel zur insitu-ReinigungMeans for in-situ cleaning
- 16 16
- BeladekammerLoading chamber
- 1717th
- TransferkammerTransfer chamber
- 1818th
- Entladekammer Unloading chamber
- 101, 102, 103101, 102, 103
- Verfahren zur Herstellung von auf kristallinem Silizium basierenden Solarzellen Process for the production of crystalline silicon-based solar cells
- 110110
- nasschemisches Entfernen von Sägeschädenwet chemical removal of saw damage
- 111111
- TexturierenTexturing
- 112112
- ReinigenClean
- 113113
- Dotieren per DiffusionDoping by diffusion
- 114114
-
Entfernen von Glasschichten (
BSG oderPSG )Removing layers of glass (BSG orPSG ) - 115115
- ReinigenClean
- 116116
- Herstellen von wenigstens einer GrenzschichtEstablishing at least one boundary layer
- 117, 127117, 127
- Abscheiden einer Si-SchichtDeposit a Si layer
- 118, 128118, 128
- Abscheiden einer SchutzschichtDeposit a protective layer
- 119119
- KristallisierenCrystallize
- 120120
- Reinigen + Entfernen von Schichten auf SiClean + remove layers on Si
- 121, 122, 123121, 122, 123
- Abscheiden von Passivierungs- und Antireflexions- oder ReflexionsschichtenDeposition of passivation and anti-reflection or reflection layers
- 124124
- Siebdrucken von MetallisierungspastenScreen printing of metallization pastes
- 125125
- Herstellen von metallischen Kontakten durch KontaktfeuernManufacture of metallic contacts through contact fires
- 126126
- Umladen auf andere SubstratträgerReloading on other substrate carriers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013219564 A1 [0005]DE 102013219564 A1 [0005]
Claims (16)
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