DE102022001933A1 - Process for the gentle post-doping of undoped passivation layers - Google Patents

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Weiyuan Duan
Andreas Lambertz
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachdotierung von intrinsisch passivierten Schichten von Bauelementen, Halbeiter-Bauelementen, insbesondere zur schonenden Nachdotierung undotierter Passivierungsschichten von SHJ-Solarzellen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:a) Bereitstellen einer Substratschicht, die eine c-Si-Substratschicht umfasstb) Reinigung der Schicht aus Schritt a)c) Abscheidung einer hydrierten intrinsischen amorphen Siliziumschicht ((i) a-Si:H) als Passivierungsschicht auf beiden Seiten der c-Si-Substratschichtd) Nachdotierung der (i) a-Si:H-Schicht durch Zersetzung von Dotierstoffen auf der Vorderseite und auf der Rückseite der (i) a-Si:H-Schichte) Einbringung von Energie für die auf die Passivierungsschicht auftreffenden Ionen, wobei die Verfahrensschritte der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) und des Energieeintrags für die Ionen gemäß Verfahrensschritt e) unabhängig voneinander und lokal getrennt voneinander erfolgen.The invention relates to a method for post-doping intrinsically passivated layers of components, semiconductor components, in particular for gently post-doping undoped passivation layers of SHJ solar cells, comprising the following process steps: a) providing a substrate layer which comprises a c-Si substrate layer b) cleaning the layer from step a)c) deposition of a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer ((i) a-Si:H) as a passivation layer on both sides of the c-Si substrate layerd) post-doping of the (i) a-Si:H layer by decomposition of dopants on the front and on the back of the (i) a-Si:H layer) introduction of energy for the ions impinging on the passivation layer, the process steps of the decomposition of the dopants according to process step d) and the energy input for the ions according to Process step e) takes place independently of one another and locally separately from one another.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur schonenden Nachdotierung von intrinsisch passivierten Schichten von Bauelementen, Halbleiter-Bauelementen, insbesondere zur schonenden Nachdotierung undotierter Passivierungsschichten von Silicium-Heteroübergangs-Solarzellen, im Folgenden auch SHJ-Solarzellen genannt.The present invention relates to a method for the gentle post-doping of intrinsically passivated layers of components, semiconductor components, in particular for the gentle post-doping of undoped passivation layers of silicon heterojunction solar cells, hereinafter also referred to as SHJ solar cells.

Stand der TechnikState of the art

Bauelemente, Halbleiter-Bauelemente und insbesondere Silizium-Heteroübergangs-Solarzellen (SHJ), basieren auf dem Konzept eines passivierten Kontakts. Während beim derzeitigen Mainstream, der PERC-Solarzelle, die Ableitung der Ladungsträger und die Passivierung der Waferoberfläche lokal getrennt sind, erfüllt der passivierte Kontakt in der SHJ-Solarzelle beide Funktionen gleichzeitig.Components, semiconductor components and in particular silicon heterojunction solar cells (SHJ), are based on the concept of a passivated contact. While in the current mainstream, the PERC solar cell, the dissipation of the charge carriers and the passivation of the wafer surface are locally separated, the passivated contact in the SHJ solar cell fulfills both functions at the same time.

Die Passivierungsschicht hat zwei wichtige Aufgaben:

  1. 1.) Sättigung von Defekten auf der Silizium-Wafer-Oberfläche und
  2. 2.) Ermöglichung des vertikalen Transports von Ladungsträgern durch die Schicht.
The passivation layer has two important tasks:
  1. 1.) Saturation of defects on the silicon wafer surface and
  2. 2.) Enabling the vertical transport of load carriers through the layer.

Eine Nachdotierung der Passivierungsschicht soll zu einer Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Passivierungsschicht und damit zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Bauelements, insbesondere der SHJ-Solarzelle führen: Der senkrechte Ladungsträgertransport durch die Schichtstruktur der SHJ-Solarzelle wird verbessert, was den Füllfaktor (FF) der Solarzellen erhöht. Auch die Kurzschlussstromdichte (Jsc) und die Leerlaufspannung (Voc) können von der Nachdotierung der Passivierungsschicht positiv profitieren.Post-doping of the passivation layer should lead to an improvement in the electrical conductivity of the passivation layer and thus to an improvement in the efficiency of the component, in particular the SHJ solar cell: The vertical transport of charge carriers through the layer structure of the SHJ solar cell is improved, which increases the fill factor (FF). Solar cells increased. The short-circuit current density (Jsc) and the open-circuit voltage (Voc) can also benefit positively from the post-doping of the passivation layer.

Die SHJ-Solarzelle mit hydriertem intrinsischem amorphem Silizium ((i) a-Si:H) als Passivierungsschicht und ohne Kontakt zwischen Metall und Waferabsorber liefert eine sehr hohe offene Klemmenspannung (Voc). Der höchste Voc-Wert liegt derzeit bei 750,2 mV. Bei den bisherigen SHJ-Solarzellen zeigt sich, dass diese Passivierungsschichten immer undotiert sind und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Eine (i) a-Si:H-Schicht mit schlechter elektrischer Leitfähigkeit stellt jedoch eine Barriere für die Ladungsträgersammlung dar und schränkt eine Verbesserung des Füllfaktors (FF) in SHJ-Solarzellen ein.The SHJ solar cell with hydrogenated intrinsic amorphous silicon ((i)a-Si:H) as the passivation layer and no contact between metal and wafer absorber delivers a very high open terminal voltage (Voc). The highest Voc value is currently 750.2 mV. With previous SHJ solar cells, it has been shown that these passivation layers are always undoped and have a very low electrical conductivity. However, (i) a-Si:H layer with poor electrical conductivity presents a barrier to carrier collection and limits fill factor (FF) improvement in SHJ solar cells.

Um eine ausreichende Passivierung zu gewährleisten ist immer eine bestimmte Dicke der ((i) a-Si:H) Schicht erforderlich, sodass diese Passivierungsschicht dann einen Serienwiderstandsverlust verursacht, der den Füllfaktor (FF) begrenzen kann. Der derzeitige Höchstwert für FF liegt bei 86,59 %.In order to ensure sufficient passivation, a certain thickness of the ((i) a-Si:H) layer is always required, so that this passivation layer then causes a series resistance loss, which can limit the fill factor (FF). The current high for FF is 86.59%.

Gemäß Stand der Technik gibt es eine Reihe von Bemühungen, bereits dotiertes a-Si:H als Passivierungsschicht zu verwenden, indem bor- oder phosphorhaltige Dotiergase während des Schichtwachstums durch chemische Gasphasenabscheidung beigemischt wurden. Die Passivierungseigenschaften dieser Schichten sind jedoch im Vergleich zu undotierten Passivierungsschichten stark reduziert. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die eingebauten Dotieratome wie Verunreinigungen wirken und die effektive Sättigung der Grenzflächendefekte an der c-Si/a-Si-Grenzfläche stören.According to the state of the art, there are a number of efforts to use already doped a-Si:H as a passivation layer by adding doping gases containing boron or phosphorus during layer growth by chemical vapor deposition. However, the passivation properties of these layers are greatly reduced compared to undoped passivation layers. This is possibly due to the incorporated dopant atoms acting as impurities and disrupting the effective saturation of the interfacial defects at the c-Si/a-Si interface.

Alternativ könnte auch eine Nachdotierung der Passivierungsschicht durchgeführt werden, da sich die Mikrostruktur von (i) a-Si:H an der a-Si/c-Si-Grenzfläche bereits während des Filmwachstums ohne Dotierungsatome gebildet hat und eine Nachdotierung die Konfiguration dieser Mikrostruktur nicht unbedingt verändern muss, wenn ein geeigneter Nachdotierungsprozess und das richtige Nachdotierungsprofil gefunden werden.Alternatively, post-doping of the passivation layer could also be carried out, since the microstructure of (i) a-Si:H at the a-Si/c-Si interface has already formed during film growth without doping atoms and post-doping does not change the configuration of this microstructure must definitely change if a suitable post-doping process and the correct post-doping profile are found.

Eine bereits bekannte Methode zur Nachdotierung von Schichten ist die lonenimplantation. Allerdings liegt die Ionenenergie für den lonenimplantationsprozess im keV-Bereich. Dieser hochenergetische Prozess führt nachteilig immer zu einer Beschädigung der a-Si/c-Si-Grenzflächenpassivierung. Ein weiterer Nachteil dieser Methode ist es, dass die lonenimplantation für die industrielle Photovoltaik nicht skalierbar ist.An already known method for post-doping layers is ion implantation. However, the ion energy for the ion implantation process is in the keV range. This high-energy process always disadvantageously leads to damage to the a-Si/c-Si interface passivation. Another disadvantage of this method is that ion implantation is not scalable for industrial photovoltaics.

Ein weiteres bekanntes, industriell skalierbares, Verfahren zur Nachdotierung ist die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition = PECVD) mit der direkten Plasmamethode. Bei dieser nachträglichen Dotierung von Schichten mittels PECVD mit direktem Plasma besteht jedoch das Problem, dass die Plasmaleistung entweder so niedrig eingestellt ist, dass das Plasma die Passivierungsschicht nicht beschädigt, aber auch nicht genügend Dotiergase für eine ausreichende Dotierung abbaut, oder so hoch eingestellt ist, dass die Dotierung und damit die Leitfähigkeit zwar ausreichend ist, das Plasma aber die Passivierung beschädigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Plasma sowohl für die Zersetzung der Dotiergase verantwortlich ist als auch die Energie der auf die Probe auftreffenden Ionen bestimmt.Another well-known, industrially scalable method for post-doping is plasma-enhanced chemical vapor deposition (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition = PECVD) using the direct plasma method. However, with this subsequent doping of layers using PECVD with direct plasma, there is the problem that the plasma power is either set so low that the plasma does not damage the passivation layer, but also does not break down enough doping gases for sufficient doping, or is set so high that that the doping and thus the conductivity is sufficient, but the plasma damages the passivation. This is because the plasma is responsible for both the decomposition of the dopant gases and determines the energy of the ions striking the sample.

Eine weitere bekannte Möglichkeit zur Nachdotierung von Passivierungsschichten ist die Verwendung der katalytischen Dotierung (auch Cat-Dotierung genannt) [1]. Dieses Verfahren ist eine kostengünstige, einfache und industriell umsetzbare Nachdepositionsdotierungsmethode, die auf dem HWCVD-Verfahren (Hot Wire Chemical Vapor Deposition) basiert. [2]. Dopinggase, wie Phosphin (PH3) und Diboran (B2H6), werden an der heißen Oberfläche der Filamente katalytisch in Phosphor(P)- und Bor(B)-Reste zerlegt [3, 4]. Die Radikale bewegen sich von der Filamentoberfläche zur Probenoberfläche und diffundieren dann in die Siliziummaterialfilme, wobei sie eine dotierte Schicht mit einer Schichtdicke von 5-20 nm bilden [4 bis 6]. Daher ist es möglich, die Abscheidung der dotierten Siliziumschicht durch Cat-Dotierung auf der intrinsischen Schicht zu ersetzen, wodurch die parasitäre Absorption von dotierten Siliziumschichten reduziert wird. Die Passivierungsqualität von SHJ-Strukturen mit Cat-Dotierung konnte an verschiedenen Grenzflächen verbessert werden, wie z.B. an den c-Si-, a-Si:H(i)- und dotierten Siliziumschichtoberflächen in einer SHJ-Struktur [4, 6, 7]Another well-known option for post-doping passivation layers is to use catalytic doping (also called Cat doping) [1]. This process is cost-effective, simple and can be implemented industrially Post-deposition doping method based on the HWCVD (Hot Wire Chemical Vapor Deposition) process. [2]. Doping gases, such as phosphine (PH 3 ) and diborane (B 2 H 6 ), are catalytically broken down into phosphorus (P) and boron (B) residues on the hot surface of the filaments [3, 4]. The radicals move from the filament surface to the sample surface and then diffuse into the silicon material films, forming a doped layer with a layer thickness of 5-20 nm [4 to 6]. Therefore, it is possible to replace the deposition of the doped silicon layer with Cat doping on the intrinsic layer, thereby reducing the parasitic absorption of doped silicon layers. The passivation quality of SHJ structures with Cat doping could be improved at various interfaces, such as the c-Si, a-Si:H(i) and doped silicon layer surfaces in a SHJ structure [4, 6, 7]

Aufgabe und LösungTask and solution

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein alternatives Verfahren zum Nachdotieren von Passivierungsschichten bereitzustellen, mit dem undotierte und damit elektrisch schlecht leitende Passivierungsschichten eines elektrisch leitenden Bauelements, insbesondere undotierte Passivierungsschichten von SHJ-Solarzellen, nach dem Schichtwachstum nachträglich so dotiert werden können, dass die elektrische Leitfähigkeit dieser Passivierungsschicht im Vergleich mit einer undotierten Passivierungsschicht, erhöht wird, ohne dass dabei eine Verschlechterung der Passivierungseigenschaft stattfindet.The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an alternative method for post-doping passivation layers, with which undoped and therefore electrically poorly conductive passivation layers of an electrically conductive component, in particular undoped passivation layers of SHJ solar cells, are subsequently added after layer growth can be doped in such a way that the electrical conductivity of this passivation layer is increased in comparison with an undoped passivation layer without any deterioration in the passivation properties.

Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs.The objects of the invention are solved by the features of the main claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Hauptanspruchs ergeben sich aus den darauf zurückbezogenen Ansprüchen.Advantageous refinements of the main claim result from the claims related to it.

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Im Rahmen der Erfindung wurde herausgefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren der Nachdotierung von Passivierungsschichten, bei dem die Prozesse der Zersetzung der Dotieratome von dem Prozess der Einbringung der Energie für die Ionen, voneinander entkoppelt und lokal voneinander getrennt sind, Passivierungsschichten erzeugt werden können, die zu nachdotierten Passivierungsschichten führen, die, im Vergleich zu den im Stand der Technik bekannten Passivierungsschichten, zu Schichten mit höherer elektrischer Leitfähigkeit führen, die dabei dann vergleichbare Passivierungseigenschaften aufweisen, wie Sie für diese Schichten nach dem Stand der Technik bekannt sind.In the context of the invention, it was found that through the inventive method of post-doping passivation layers, in which the processes of decomposition of the doping atoms are decoupled from the process of introducing the energy for the ions and locally separated from one another, passivation layers can be produced which lead to post-doped passivation layers, which, compared to the passivation layers known in the prior art, lead to layers with higher electrical conductivity, which then have comparable passivation properties to those known for these layers according to the prior art.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Nachdotierung von intrinsisch passivierten Schichten von Bauelementen, Halbeiter-Bauelementen, insbesondere zur schonenden Nachdotierung undotierter Passivierungsschichten von SHJ-Solarzellen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

  1. a) Bereitstellen einer Substratschicht, die eine c-Si-Substratschicht umfasst
  2. b) Reinigung der Schicht aus Schritt a)
  3. c) Abscheidung einer hydrierten intrinsischen amorphen Siliziumschicht ((i) a-Si:H) als Passivierungsschicht auf beiden Seiten der c-Si-Substratschicht
  4. d) Nachdotierung der (i) a-Si:H-Schicht durch Zersetzung von Dotierstoffen auf der Vorderseite und auf der Rückseite der (i) a-Si:H-Schicht und
  5. e) Einbringung von Energie für die auf die Passivierungsschicht auftreffenden Ionen
wobei die Verfahrensschritte der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) und des Energieeintrags für die Ionen gemäß Verfahrensschritt e) unabhängig voneinander und lokal getrennt voneinander erfolgen.The subject of the invention is a method for post-doping intrinsically passivated layers of components, semiconductor components, in particular for gently post-doping undoped passivation layers of SHJ solar cells, comprising the following process steps:
  1. a) Providing a substrate layer comprising a c-Si substrate layer
  2. b) Cleaning the layer from step a)
  3. c) Deposition of a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer ((i) a-Si:H) as a passivation layer on both sides of the c-Si substrate layer
  4. d) post-doping of the (i) a-Si:H layer by decomposition of dopants on the front and on the back of the (i) a-Si:H layer and
  5. e) Introduction of energy for the ions striking the passivation layer
wherein the process steps of the decomposition of the dopants according to process step d) and the energy input for the ions according to process step e) take place independently of one another and locally separately from one another.

Als Substratschicht können alle dem Fachmann auf dem Gebiet der Halbleitertechnik und insbesondere Solarzelltechnologie bekannten, insbesondere der SHJ-Solarzelltechnologie, bekannten Substratmaterialien eingesetzt werden.All substrate materials known to those skilled in the field of semiconductor technology and in particular solar cell technology, in particular SHJ solar cell technology, can be used as the substrate layer.

Die Reinigung der Substratschicht aus Verfahrensschritt a) kann durch die dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden.The cleaning of the substrate layer from process step a) can be carried out using methods known to those skilled in the art.

Zur Abscheidung der hydrierten intrinsischen amorphen Siliziumschicht ((i) a-Si:H) als Passivierungsschicht auf beiden Seiten der c-Si-Substratschicht können ebenfalls alle dem Fachmann bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise HWCVD, PECVD, eingesetzt werden.To deposit the hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer ((i) a-Si:H) as a passivation layer on both sides of the c-Si substrate layer, all coating methods known to those skilled in the art, such as HWCVD, PECVD, can also be used.

Als Dotierstoffe können alle dem Fachmann bekannten Dotierstoffe für Silizium, wie beispielsweise Bor, Aluminium, Gallium und/oder Phosphor, Arsen, Antimon eingesetzt werden. Diese können sowohl in fester, flüssiger als auch in gasförmiger Form eingesetzt werden. In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann für die Nachdotierung der (i) a-Si:H-Schicht durch Zersetzung von Dotierstoffen, auf der Vorderseite der (i) a-Si:H Schicht ein phosphorhaltiges Dotiergas (wie z.B. Phosphane) eingesetzt werden und für die Nachdotierung der Rückseite der (i) a-Si:H Schicht, ein borhaltiges Dotiergas (wie z.B. Borane).All dopants for silicon known to those skilled in the art, such as boron, aluminum, gallium and/or phosphorus, arsenic, antimony, can be used as dopants. These can be used in solid, liquid or gaseous form. In an advantageous embodiment of the method, a phosphorus-containing doping gas (such as phosphanes) can be used on the front side of the (i) a-Si:H layer for the post-doping of the (i) a-Si:H layer by decomposition of dopants and for the additional funding of the Back of the (i) a-Si:H layer, a boron-containing doping gas (such as boranes).

Um die lokale Trennung und unabhängig voneinander stattfindenden Verfahrensschritte der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) vom dem Prozess des Energieeintrags der Ionen gemäß Verfahrensschritt e) vorzunehmen, können diese beiden Prozesse in elektrischen Feldern durchgeführt werden, die unterschiedlich voneinander sind. Des Weiteren ist es möglich, dass die lokale Trennung der Verfahrensschritte d) und e) in getrennten Reaktionskammern durchgeführt wird.In order to carry out the local separation and independent process steps of the decomposition of the dopants according to process step d) from the process of energy input of the ions according to process step e), these two processes can be carried out in electric fields that are different from each other. Furthermore, it is possible for the local separation of process steps d) and e) to be carried out in separate reaction chambers.

Die erfindungsgemäße Entkopplung, d.h. sowohl lokale Trennung als auch unabhängig voneinander stattfindenden Reaktionsprozesse, der beiden Verfahrensschritte d) und e) kann in einer vorteilhaften Ausführung dadurch erfolgen, dass diese durch die Remote Plasmaunterstützten Chemischen Gasphasenabscheidung (englisch: Remote Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition = Remote PECVD), im Folgenden als RPECVD bezeichnet, erfolgen.The decoupling according to the invention, i.e. both local separation and independently occurring reaction processes, of the two process steps d) and e) can be carried out in an advantageous embodiment by using remote plasma-assisted chemical vapor deposition (English: Remote Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition = Remote PECVD), hereinafter referred to as RPECVD.

RPECVD Verfahren sind bekannt und in der Literatur vielfach beschrieben. Beim RPECVD Verfahren zur Beschichtung von Substraten, wird ein Anregungsgas durch eine Entladungszone geleitet, in der vor allem angeregte und atomare Spezies gebildet werden. Im sich daran anschließenden entladungsfreien Bereich wird dieses Anregungsgas, entfernt (remote) von der Anregungsquelle, mit einem schichtbildenden Gas gemischt. Bei der Durchmischung des Anregungsgases mit dem schichtbildenden Gas findet eine Wechselwirkung zwischen Anregungsgas und schichtbildendendem Gas statt, die in der Übertragung von Aktivierungsenergie oder Anregungsenergie des Anregungsgases auf das schichtbildende Gas besteht und eine Vorreaktion des schichtbildenden Gases bewirkt, welches dann anschließend mit dem Substrat eine Beschichtung ausbildet.
Beim RPECVD erfolgt, wie zuvor beschrieben, die Zersetzung der Moleküle der Reaktionsgase an räumlich vom Substrat getrennten Orten. In der vorliegenden Erfindung kann dieses Prinzip des RPECVD dazu verwendet werden, die Dissoziation der Dotiergase, durch beschleunigte, energiereiche Elektronen eines Plasmas, das an einem vom Substrat getrennten Ort angeordnet ist und damit keinen direkten Kontakt zum Substrat hat, durchzuführen und anschließend die Energie für die auf die Passivierungsschicht auftreffenden Ionen, welche die gewünschte chemische Reaktivität und Reaktion der Dotiergase bewirken, einzubringen. Die Zersetzungsrate der Dotiergase kann beispielsweise durch die Plasmaleistung variiert werden. Die Energie der Ionen kann unabhängig von der Zersetzungsrate, durch beispielsweise ein angelegtes Spannungsfeld, bestimmt und gesteuert werden.RPECVD processes are known and widely described in the literature. In the RPECVD process for coating substrates, an excitation gas is passed through a discharge zone in which primarily excited and atomic species are formed. In the subsequent discharge-free area, this excitation gas, remote from the excitation source, is mixed with a layer-forming gas. When the excitation gas is mixed with the layer-forming gas, an interaction takes place between the excitation gas and the layer-forming gas, which consists in the transfer of activation energy or excitation energy of the excitation gas to the layer-forming gas and causes a pre-reaction of the layer-forming gas, which then subsequently forms a coating with the substrate trains.
In RPECVD, as described above, the decomposition of the molecules of the reaction gases takes place at locations that are spatially separate from the substrate. In the present invention, this principle of RPECVD can be used to carry out the dissociation of the doping gases by accelerated, high-energy electrons of a plasma which is arranged at a location separate from the substrate and therefore does not have direct contact with the substrate, and then the energy for to introduce the ions striking the passivation layer, which cause the desired chemical reactivity and reaction of the doping gases. The decomposition rate of the doping gases can be varied, for example, by the plasma power. The energy of the ions can be determined and controlled independently of the decomposition rate, for example by an applied voltage field.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verfahrens kann das gemäß Stand der Technik bekannte IC- PCVD (Inductively Coupled Plasma Chemical Vapour Deposition) Verfahren eingesetzt werden, um die erfindungsgemäße Trennung der Verfahrensschritte d) und e) durchzuführen.
Beim IC-PCVD Verfahren kann ebenfalls die Ionenenergie und die lonenstromdichte unabhängig voneinander gesteuert werden, d. h. es können dem Substrat weiche Ionen zugeführt werden. Wie bei der RPECVD, kann auch hier das auf dem Substrat auftreffende Plasma mit niedriger Energie gesteuert werden. Weiterhin können Parameter wie Gasflussrate, Gasflussverhältnis, Druck, ICP-Leistung, Substrattemperatur, Elektroden- und Substratabstand so eingestellt werden, dass zum einen ein schonender Eintrag von Energie für die Ionen möglich ist und zum anderen eine ausreichende lonenstromdichte eingestellt werden kann, die dann, im Vergleich zu den nach dem Stand der Technik bekannten Passivierungsschichten, zu Schichten mit höherer elektrischer Leitfähigkeit und vergleichbaren Passivierungseigenschaften führen.In a further advantageous embodiment of the method, the IC-PCVD (Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition) method known from the prior art can be used to carry out the separation of method steps d) and e) according to the invention.
In the IC-PCVD process, the ion energy and the ion current density can also be controlled independently of each other, ie soft ions can be supplied to the substrate. As with RPECVD, the plasma striking the substrate can be controlled with low energy. Furthermore, parameters such as gas flow rate, gas flow ratio, pressure, ICP power, substrate temperature, electrode and substrate distance can be adjusted so that, on the one hand, a gentle input of energy for the ions is possible and, on the other hand, a sufficient ion current density can be set, which then, compared to the passivation layers known from the prior art, lead to layers with higher electrical conductivity and comparable passivation properties.

Spezieller Beschreibungsteil:Special description part:

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die hier offengelegte beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Alle beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale können einzeln oder in Kombination in verschiedenen Ausführungsformen auftreten. Dabei wird gezeigt:

  • 1: SHJ-Solarzelle mit erfindungsgemäß nachdotierter Passivierungsschicht
The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. The invention is not limited to the exemplary embodiment disclosed herein. All features described and/or illustrated can occur individually or in combination in various embodiments. This shows:
  • 1 : SHJ solar cell with passivation layer post-doped according to the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer SHJ-Solarzelle mit nachdotierten Passivierungsschichten 2. Der Schichtaufbau umfasst dabei eine (n) c-Si-Substratschicht. Auf diese Substratschicht ist von beiden Seiten eine (i) a-Si:H-Schicht 1 aufgebracht. Auf der Frontseite sowie auf der Rückseite der SHJ-Solarzelle ist auf diese (i) a-Si:H-Schicht 1 jeweils eine nachdotierte Passivierungsschicht 2 aufgebracht. Auf diese Passivierungsschichten 2 sind beidseitig jeweils eine (n)- bzw. (p)- dotierte a-Si:H oder Si-Legierungsschicht 3/ 5 aufgebracht. Weiterhin sind auf diese (n)- oder (p)- dotierten a-Si:H oder Si-Legierungsschichten 3/ 5 beidseitig jeweils eine TCO Schicht 4 und beidseitig eine Metallisierung 6 aufgebracht. 1 shows a schematic representation of the layer structure of an SHJ solar cell with post-doped passivation layers 2. The layer structure includes one (n) c-Si substrate layer. An (i) a-Si:H layer 1 is applied to this substrate layer on both sides. A post-doped passivation layer 2 is applied to this (i) a-Si:H layer 1 on the front and back of the SHJ solar cell. An (n)- or (p)-doped a-Si:H or Si alloy layer 3/5 is applied to both sides of these passivation layers 2. Furthermore, a TCO layer 4 and a metallization 6 are applied to both sides of these (n)- or (p)-doped a-Si:H or Si alloy layers 3/5.

Im Folgenden werden beispielhaft mögliche Parameter eines möglichen geeigneten Verfahrens, und zwar des RPECVD Verfahrens, welches für die erfindungsgemäße Nachdotierung von undotierten Passivierungsschichten von SHJ-Solarzellen verwendet werden kann, beschrieben:

  • Plasma kann mit einem RF- oder VHF-Generator (13,56 MHz bis 80 MHz) erzeugt werden. Leistungsdichte: 10 mW/cm2 bis 40 mW/cm2
  • Druck: < 350 pa
  • Heiztemperatur: <200°C für SHJ-Solarzellen
  • Gasfluß: abhängig von der Kammergröße
  • Dauer: etwa 60 Sekunden.
The following are examples of possible parameters of a possible suitable method, namely the RPECVD method, which is used for the post-doping of undoped ones according to the invention Passivation layers of SHJ solar cells can be used, described:
  • Plasma can be generated using an RF or VHF generator (13.56 MHz to 80 MHz). Power density: 10 mW/cm 2 to 40 mW/cm 2
  • Pressure: <350pa
  • Heating temperature: <200°C for SHJ solar cells
  • Gas flow: dependent on chamber size
  • Duration: about 60 seconds.

Beim RPECVD Verfahren ist das Plasma so angeordnet, dass es keinen direkten Kontakt zum Substrat hat. Dadurch erzielt man Vorteile bezüglich selektiver Anregung von einzelnen Komponenten eines Prozessgasgemisches und verringert die Möglichkeit einer Plasmaschädigung der Substratoberfläche durch die Ionen.In the RPECVD process, the plasma is arranged so that it does not have direct contact with the substrate. This achieves advantages in terms of selective excitation of individual components of a process gas mixture and reduces the possibility of plasma damage to the substrate surface by the ions.

Während die Erfindung im vorangehenden Teil der Anmeldung anhand besonderer Ausführungsformen detailliert beschrieben und illustriert wurde, sind diese Beschreibung und die Figur lediglich als Beispiele zu verstehen, ohne dadurch eine einschränkende Wirkung zu haben. Es ist davon auszugehen, dass der Fachmann im Rahmen seines Fachwissens selbst weitere Änderungen und Modifikationen an den nachfolgenden Ansprüchen vornehmen würde und könnte, die ebenfalls vom Schutzbereich der Ansprüche umfasst sind. Insbesondere sind weitere Ausführungsformen mit beliebigen Kombinationen der genannten Merkmale einzelner Ausführungsformen in den Schutzbereich der Erfindung einbezogen.While the invention was described and illustrated in detail in the previous part of the application using special embodiments, this description and the figure are to be understood only as examples without having a restrictive effect. It can be assumed that the person skilled in the art would and could make further changes and modifications to the following claims within the scope of his or her specialist knowledge, which are also included in the scope of protection of the claims. In particular, further embodiments with any combination of the mentioned features of individual embodiments are included within the scope of protection of the invention.

Literaturquellen:Literature sources:

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

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  • Umemoto, H. et al; Catalytic Decomposition of PH3 on Heated Tungsten Wire Surfaces. Jpn. J. Appl. Phys. 2012, 51, 086501 [0029]Umemoto, H. et al; Catalytic Decomposition of PH3 on Heated Tungsten Wire Surfaces. Jpn. J. Appl. Phys. 2012, 51, 086501 [0029]
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  • Matsumura, H. et al; Catalytic Chemical Sputtering: A Novel Method for Obtaining Large-Grain Polycrystalline Silicon. Jpn. J. Appl. Phys. 2001, 40, L289 [0029]Matsumura, H. et al; Catalytic Chemical Sputtering: A Novel Method for Obtaining Large-Grain Polycrystalline Silicon. Jpn. J. Appl. Phys. 2001, 40, L289 [0029]
  • Liu, Y. et al; Phosphorous Catalytic-Doping of Silicon Alloys for the Use in Silicon Heterojunction Solar Cells. Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 1900613 [0029]Liu, Y. et al; Phosphorous Catalytic-Doping of Silicon Alloys for the Use in Silicon Heterojunction Solar Cells. Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 1900613 [0029]

Claims (6)

Verfahren zur Nachdotierung von intrinsisch passivierten Schichten von Bauelementen, Halbeiter-Bauelementen, insbesondere zur schonenden Nachdotierung undotierter Passivierungsschichten von SHJ-Solarzellen, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Substratschicht, die eine c-Si-Substratschicht umfasst b) Reinigung der Schicht aus Schritt a) c) Abscheidung einer hydrierten intrinsischen amorphen Siliziumschicht ((i) a-Si:H) als Passivierungsschicht auf beiden Seiten der c-Si-Substratschicht d) Nachdotierung der (i) a-Si:H-Schicht durch Zersetzung von Dotierstoffen auf der Vorderseite und auf der Rückseite der (i) a-Si:H-Schicht e) Einbringung von Energie für die auf die Passivierungsschicht auftreffenden Ionen, wobei die Verfahrensschritte der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) und des Energieeintrags für die Ionen gemäß Verfahrensschritt e) unabhängig voneinander und lokal getrennt voneinander erfolgen.Method for post-doping intrinsically passivated layers of components, semiconductor components, in particular for gentle post-doping of undoped passivation layers of SHJ solar cells, comprising the following process steps: a) Providing a substrate layer comprising a c-Si substrate layer b) Cleaning the layer from step a) c) Deposition of a hydrogenated intrinsic amorphous silicon layer ((i) a-Si:H) as a passivation layer on both sides of the c-Si substrate layer d) Post-doping of the (i) a-Si:H layer by decomposing dopants on the front and back of the (i) a-Si:H layer e) introduction of energy for the ions impinging on the passivation layer, the process steps of the decomposition of the dopants according to process step d) and the energy input for the ions according to process step e) taking place independently of one another and locally separately from one another. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nachdotierung der (i) a-Si:H-Schicht durch Zersetzung von Dotierstoffen auf der Vorderseite der (i) a-Si:H Schicht ein phosphorhaltiges Dotiergas eingesetzt wird und für die Nachdotierung der Rückseite der (i) a-Si:H Schicht, ein borhaltiges Dotiergas eingesetzt wird.Method according to the preceding claim, characterized in that a phosphorus-containing doping gas is used for the post-doping of the (i) a-Si:H layer by decomposition of dopants on the front of the (i) a-Si:H layer and for the post-doping the back of the (i) a-Si:H layer, a boron-containing doping gas is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) vom dem Prozess des Energieeintrags der Ionen gemäß Verfahrensschritt e) in elektrischen Feldern durchgeführt wird, die unterschiedlich voneinander sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the process step of decomposing the dopants according to process step d) is carried out by the process of energy input of the ions according to process step e) in electric fields that are different from one another. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Zersetzung der Dotierstoffe gemäß Verfahrensschritt d) und der Prozess des Energieeintrags der Ionen gemäß Verfahrensschritt e) in getrennten Reaktionskammern durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the process step of decomposing the dopants according to process step d) and the process of energy input of the ions according to process step e) are carried out in separate reaction chambers. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung der Verfahrensschritte d) und e) durch eine Remote Plasmaunterstützte Chemische Gasphasenabscheidung (RPECVD) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the implementation of method steps d) and e) is carried out by remote plasma-assisted chemical vapor deposition (RPECVD). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung der Verfahrensschritte d) und e) durch eine Induktiv gekoppelte Plasma-Chemische Gasphasenabscheidung (IC-PCVD) erfolgt.Method according to one of the preceding Claims 1 until 4 , characterized in that process steps d) and e) are carried out by inductively coupled plasma chemical vapor deposition (IC-PCVD).
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