DE112014001476T5

DE112014001476T5 - Reduzierter Kontaktwiderstand und verbesserte Lebensdauer von Solarzellen

Info

Publication number: DE112014001476T5
Application number: DE112014001476.1T
Authority: DE
Inventors: Xi Zhu
Original assignee: SunPower Corp
Current assignee: Maxeon Solar Pte Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-12-17
Also published as: AU2014233535A1; TW201503383A; JP6334675B2; CN105190903B; KR20150132269A; CN105190903A; KR102212290B1; WO2014144967A1; AU2014233535B2; US20140261670A1; US9847438B2; TWI617039B; JP2016512928A

Abstract

Eine Solarzelle mit eine Vorderseite, welche bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, sowie eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist, kann ein Siliciumsubstrat mit dotierten Bereichen und einer Polysilicium-Schicht beinhalten, die über den dotierten Bereichen angeordnet ist. Die Solarzelle kann eine leitfähige Füllung, die zwischen der ersten Metallschicht und dotierten Bereichen und durch oder mindestens teilweise durch die Polysilicium-Schicht hindurch ausgebildet wird, wo die leitfähige Füllung die erste Metallschicht und den dotierten Bereich elektrisch koppelt. In einer Ausführungsform wird die zweite Metallschicht auf der ersten Metallschicht ausgebildet, wo die erste Metallschicht und die leitfähige Füllung die dotierten Bereiche und die zweite Metallschicht elektrisch koppeln. In einigen Ausführungsformen kann die Solarzelle eine Frontkontakt-Solarzelle oder eine Rückkontakt-Solarzelle sein.

Description

QUERVERWEIS AUF ENTSPRECHENDE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung nimmt die Vorteile der vorläufigen U.S. Anmeldung Nr. 61/799,112 eingereicht am 15. März 2013, mit dem Titel „STRUCTURES AND METHODS FOR IMPROVING ELECTRICAL PROPERTIES OF SOLAR CELLS” in Anspruch, deren kompletter Inhalt hiermit durch Referenz mit einbezogen wird.
HINTERGRUND
Fotovoltaik(PV)-Zellen, die allgemein als Solarzellen bekannt sind, sind wohlbekannte Vorrichtungen zur Umwandlung von Sonneneinstrahlung in elektrische Energie. Im Allgemeinen erzeugt Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats einwirkt und in sie eindringt, Elektron-und-Loch-Paare in einem Großteil des Substrats. Die Elektron-und-Loch-Paare wandern in die p- und n-dotierten Regionen im Substrat, wodurch sie ein Spannungsdifferenzial zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die dotierten Regionen werden mit leitenden Regionen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle an einen externen Stromkreis zu leiten. Wenn PV-Zellen in einer Anlage, wie einem PV-Modul, kombiniert werden, kann die von allen PV-Zellen gesammelte elektrische Energie in Serie und in parallelen Anordnungen kombiniert werden, um Energie mit einer bestimmten Spannung und Stromstärke bereitzustellen.
Verbesserte Techniken für den Kontaktaufbau und das Aufbringen von Metall an eine Solarzelle kann Fabrikationsvorgänge reduzieren und den Gesamtleistungsertrag verbessern, wobei die Gesamtherstellzeit der Solarzellen verringert und die verfügbare Produktausbeute gesteigert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der behandelte Gegenstand kann noch umfassender verstanden werden, indem die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche hinzugezogen und in Zusammenhang mit den folgenden Abbildungen betrachtet werden, wobei gleiche Bezugsnummern sich in allen Abbildungen auf gleichartige Elemente beziehen.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Solarzelle entsprechend einiger Ausführungsformen.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines einzelnen Kontaktbereichs der exemplarischen Solarzelle aus 1 entsprechend einiger Ausführungsformen.
3–5 veranschaulichen Querschnittsansichten verschiedener Tätigkeiten zur Bildung einer Kontaktregion auf einer Solarzelle entsprechend einiger Ausführungsformen.
6 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer anderen exemplarischen Solarzelle entsprechend einiger Ausführungsformen.
7 veranschaulicht eine Querschnittsansicht noch einer anderen exemplarischen Solarzelle entsprechend einiger Ausführungsformen.
8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines einzelnen Kontaktbereichs der exemplarischen Solarzelle aus 7 entsprechend einiger Ausführungsformen.
9 veranschaulicht eine Querschnittsansicht verschiedener exemplarischer Solarzellen entsprechend einiger Ausführungsformen.
10–11 veranschaulichen eine Flussdiagramm-Darstellung verschiedener exemplarischer Methoden zur Bildung einer Kontaktregion auf einer Solarzelle entsprechend einiger Ausführungsformen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung ist nur zur Illustration gedacht und nicht dazu geeignet, die Ausführungsformen des behandelten Gegenstands oder die Anwendung und Verwendung solcher Ausführungsformen einzugrenzen. Wie hierin verwendet bedeutet das Wort „exemplarisch” hier „als Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend”. Jede Umsetzung, die in diesem Dokument als exemplarisch beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder gegenüber anderen Umsetzungen vorteilhaft anzusehen. Darüber hinaus ist nicht beabsichtigt, sich durch eine im vorstehenden technischen Bereich, dem Hintergrund, der Kurzbeschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung eingebrachten ausdrücklichen oder impliziten Theorie einschränken zu lassen.
Diese Spezifikation enthält Referenzen auf „1 Ausführungsform” oder „eine Ausführungsform.” Das Auftreten der Phrasen „in 1 Ausführungsform” oder „in einer Ausführungsform” beziehen sich nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform. Besondere Funktionen, Strukturen oder Charakteristika können auf jegliche passende Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang sind.
Terminologie. Die folgenden Paragraphen stellen Definitionen und/oder den Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung zu finden sind (einschließlich der angehängten Ansprüche):
„Umfassend.” Dieser Begriff ist offen. Wie in den angehängten Ansprüchen verwendet, schließt dieser Begriff eine zusätzliche Struktur oder zusätzliche Schritte nicht aus.
„Gestaltet, um zu.” Verschiedene Einheiten oder Komponenten können so beschrieben oder beansprucht werden, dass sie „gestaltet sind, um” eine Aufgabe oder Aufgaben zu erfüllen. In einem solchen Kontext wird „gestaltet, um zu” verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur beinhalten, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Von der Einheit/Komponente als solcher kann gesagt werden, dass sie gestaltet ist, eine Aufgabe auch durchzuführen, wenn die spezifische Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit ist (d. h. nicht angeschaltet/aktiv) ist. Das Zitat, dass eine Einheit/ein Schaltkreis/eine Komponente „gestaltet ist, um” eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, ist ausdrücklich dazu bestimmt, sich nicht auf den sechsten Paragraphen 35 U.S.C. § 112 in Bezug auf diese Einheit/diese Komponente zu berufen.
„Erste/erster”, „zweite/zweiter” etc. Wie hier gebraucht, werden diese Begriffe als Bezeichnung für Nomen, denen sie vorangehen, genutzt und implizieren keine wie auch immer geartete Art einer Ordnung (z. B. räumlich, zeitlich, logisch etc.). Zum Beispiel impliziert der Bezug auf ein „erstes” Dielektrikum nicht notwendigerweise, dass dieses Dielektrikum das erste Dielektrikum in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erstes” eingesetzt, um dieses Dielektrikum von einem anderen Dielektrikum zu unterscheiden (z. B. einem „zweiten” Dielektrikum).
„Auf Grundlage von”. Der Begriff, wie hier gebraucht, beschreibt einen oder mehrere Faktoren, die eine Feststellung betreffen. Dieser Begriff schließt zusätzliche Faktoren nicht aus, die eine Feststellung betreffen können. Das heißt, eine Feststellung kann ausschließlich auf diesen Faktoren oder zumindest einem Teil dieser Faktoren begründet sein. Die Phrase „A auf der Grundlage von B feststellen” ist zu beachten. Während B ein Faktor sein kann, der die Feststellung von A betrifft, schließt diese Phrase nicht aus, dass A auch auf der Grundlage von C festgestellt wird. In anderen Fällen kann A auch ausschließlich auf Grundlage von B festgestellt werden.
„Gekoppelt” – Die nachfolgende Beschreibung betrifft Elemente oder Knotenpunkte oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „gekoppelt”, solange nicht ausdrücklich anderweitig angegeben dass ein Element/Knotenpunkt/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knotenpunkt/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knotenpunkt/Merkmal kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
Weiterhin können bestimmte Begriffe in der folgenden Beschreibung auch lediglich als Referenz verwendet werden, die deshalb keine Einschränkung darstellen sollen. Zum Beispiel beziehen sich Begriffe wie beispielsweise „obere”, „untere”, „oberhalb” und „unterhalb” auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorne”, „hinten”, „hintere”, „seitlich”, „extern” und „intern” geben die Ausrichtung und/oder den Sitz von Teilen der Komponente in einem konsistenten, jedoch beliebigen Referenzrahmen an, der durch Bezug auf den Text verdeutlicht wird, wobei die dazu gehörigen Zeichnungen die besprochene Komponente beschreiben. Solche Begriffe können die oben spezifisch aufgeführten Worte, Ableitungen davon und Begriffe mit ähnlicher Bedeutung enthalten.
„Schicht”. Wie hierin verwendet, kann eine Schicht ein durchgängiger Bereich sein oder ein Bereich mit Löchern und/oder Lücken und/oder ein Bereich, der nicht die gesamte Länge und/oder Breite der Solarzelle bedeckt.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten, wie spezifische Arbeitsgänge, dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es wird einem Fachmann des Gebietes ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben, um die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise unübersichtlich zu machen.
Diese Spezifikation beschreibt zuerst exemplarische Solarzellen, die die offenbarten Kontaktbereiche beinhalten können, gefolgt von einer Beschreibung einer exemplarischen Methode zur Bildung der offenbarten Kontaktbereiche. Eine detailliertere Erklärung verschiedener Ausführungsformen von Kontaktbereichen wird durchgehend bereitgestellt.
Mit Bezug auf 1 wird eine Solarzelle 100, welche eine Vorderseite 102, die bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, und eine der Vorderseite 102 gegenüberliegende Rückseite 104 aufweist, veranschaulicht. Die Solarzelle 100 kann ein Siliciumsubstrat 110 mit ersten und zweiten dotierten Bereichen 112, 114 aufweisen. Das Siliciumsubstrat kann gereinigt, poliert, planarisiert und/oder verdünnt oder anderweitig bearbeitet worden sein. In einer anderen Ausführungsform besteht das Siliciumsubstrat 110 aus Polysilicium oder multikristallinem Silicium.
In einer Ausführungsform können die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 in einem thermischen Prozess gezüchtet werden. In einer Ausführungsform können die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 ausgebildet werden, indem Dotiermittel im Siliciumsubstrat durch einen konventionellen Dotierprozess abgeschieden werden. Die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 können jeweils ein Dotiermaterial enthalten, dies ist aber nicht auf einen positiven Dotierstoff wie Bor oder einen negativen Dotierstoff wie Phosphor beschränkt. Obwohl die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 als in einem thermischen Prozess gezüchtet beschrieben werden, wird jede Schicht oder jede Substanz durch jeden geeigneten Prozess, bzw. mit jedem anderen hier beschriebenen oder vorgetragenen Bildungs-, Ablagerungs- oder Züchtungsprozess, erstellt. Zum Beispiel kann ein Prozess der chemischen Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition – CVD), Niederdruck-CVD (low pressure CVD – LPCVD), CVD bei Atmosphärendruck (atmospheric pressure CVD – APCVD), plasmaunterstützte CVD (plasma-enhanced CVD – PECVD), thermisches Züchten, Kathodenzerstäubung und jede andere gewünschte Technik verwendet werden, wenn ein Ausbilden beschrieben wird. Die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 können auf dem Siliciumsubstrat 110 durch eine Abscheidetechnik, Kathodenzerstäuben oder einen Druckprozess wie Tintenstrahl- oder Siebdruck ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform kann über die ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114 eine Oxidschicht aufgetragen werden, die für beide Bereiche als Schutzbarriere dient. Eine erste dielektrische Schicht 122 kann über den ersten und zweiten dotierten Bereichen 112, 114 ausgebildet sein. In einer Ausführungsform können die erste und zweite dielektrische Schicht 112, 114 Siliciumnitrid enthalten.
Die Solarzelle 100 kann eine texturierte Oberfläche 120 für zusätzliche Lichtabsorption und eine über der texturierten Oberfläche 120 ausgebildete zweite dielektrische Schicht 124 enthalten. Bei einigen Ausführungsformen können sowohl die erste wie auch zweite dielektrische Schicht 122, 124 Antireflex-Beschichtungen enthalten. Die texturierte Oberfläche 120 kann eine Fläche mit einer regelmäßig oder unregelmäßig geformten Oberfläche zum Streuen des einfallenden Lichts sein, wodurch die Menge des von der Oberfläche der Solarzelle 100 zurückgestrahlten Lichts verringert wird. In einer Ausführungsform können sowohl die erste wie auch zweite dielektrische Schicht 122, 124 eine Antireflex-Beschichtung (anti-reflective coating ARC) an der Vorderseite 102 oder eine rückwärtige Antireflex-Beschichtung (back anti-reflective coating BARC) an der Rückseite 104 enthalten.
Eine erste Metallschicht kann durch Kontaktbereiche über den ersten und zweiten dotierten Bereichen 112, 114 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die erste Metallschicht ausgebildet werden, indem eine erste Metallpaste, die Metallpartikel 130 enthält, aufgebracht und nachfolgend erwärmt wird. In einigen Ausführungsformen sind die Metallpartikel 130 Aluminiumpartikel. Während des Erwärmens können die Metallpartikel 130 mit dem Silicium der ersten und zweiten dotierten Bereiche 112, 114, unter Ausbildung beschädigter Bereiche 140 auf den dotierten Bereichen, reagieren. Die Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Silicium, die Aluminium-Silicium-Reaktion, kann die Bildung von Vertiefungen 142 verursachen. Diese Vertiefungen 142 können auf die Lebensdauer von Ladungsträgern der Solarzelle 100 eine schädliche Auswirkung haben, wodurch die Gesamtleistung der Solarzelle herabgesetzt wird.
In einigen Ausführungsformen kann eine zweite Metallschicht 150 auf der ersten Metallschicht ausgebildet werden, indem ein Standard-Beschichtungsprozess eingesetzt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Solarzelle 100 eine Solarzelle wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine Rückkontakt-Solarzelle, eine Frontkontakt-Solarzelle, eine monokristallines Silicium-Solarzelle, eine polykristalline Silicium-Solarzelle und/oder eine amorphe Silicium-Solarzelle beinhalten.
Mit Bezug auf 2 wird ein einzelner Kontaktbereich der Solarzelle aus 1 gezeigt. In dem Fall, dass die erste Metallschicht Metallpartikel 130 oder Aluminiumpartikel enthält, kann der Kontaktwiderstand aufgrund der Porosität der Aluminiumpartikel hoch sein. Die Kontaktstelle 138 zwischen den Aluminiumpartikeln und dem Siliciumsubstrat 110, wie hier als der erste dotierte Bereich 112 dargestellt, aber nicht darauf beschränkt, ist niedrig, und deswegen ist der Kontaktwiderstand hoch. Ein anderer beobachtbarer Aspekt sind die Vertiefungen 142 innerhalb reagierter oder beschädigter Bereiche 140 auf dem Siliciumsubstrat 110, wie hier als erstem dotierten Bereich 112 dargestellt, aber nicht darauf beschränkt. Die Vertiefungen 142 können Brüche oder Fehlstellen im Silicium verursachen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination von Ladungen innerhalb des Bulk-Siliciums gesteigert und die Lebensdauer einer Solarzelle 100 herabsetzt wird. Aktuelle Ansätze zur Reduktion des Kontaktwiderstands können das Erhitzen der ersten Metallpaste, wie oben beschrieben, bei höheren Temperaturen einschließen. Ein Nachteil des Erhitzens auf hohe Temperaturen ist, dass das Aluminium Silicium von den ersten und zweiten dotierten Bereichen 112, 114 löst und die Herabsetzen der Lebensdauer der Solarzelle 100 verursacht.
3–6 veranschaulichen Querschnitte von Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs auf einer Solarzelle. Ein oder mehrere Verfahren sind darauf ausgerichtet, die oben diskutierten Einschränkungen zu überwinden. Details und Ausführungsformen werden untenstehend diskutiert.
Mit Bezug auf 3 wird nun ein Schritt in einem Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs für eine Solarzelle gezeigt. Das Verfahren kann das Bereitstellen einer Solarzelle 200 mit einer Vorderseite 202, welche bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, sowie eine der Vorderseite 202 gegenüberliegende Rückseite 204 beinhalten. Die Solarzelle 200 kann ein Siliciumsubstrat enthalten. Die Solarzelle 200 kann auch erste und zweite dotierte Bereiche 212, 214 beinhalten. Die Solarzelle 200 kann auch eine Polysilicium-Schicht 206, die über den ersten und zweiten dotierten Bereichen 212, 214 ausgebildet wird, enthalten. In einer Ausführungsform ist die Polysilicium-Schicht 206 eine nicht dotierte Polysilicium-Schicht. In einer Ausführungsform ist die Polysilicium-Schicht 206 eine dotierte Polysilicium-Schicht. Eine erste dielektrischen Schicht 222 kann über der Polysilicium-Schicht 206 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die erste dielektrische Schicht 222 eine BARC-Schicht sein. Ähnlich zum oben Erwähnten können die erste und zweite dielektrische Schicht 212, 214 Siliciumnitrid enthalten. Kontaktöffnungen 226 können auch durch eine Anzahl von Lithographieverfahren, einschließlich Nass-Ätzen und Ablationstechniken, über den ersten und zweiten dotierten Bereichen 212, 214 ausgebildet werden. Die Solarzelle 200 kann auch eine texturierte Oberfläche 220 auf dem Siliciumsubstrat 210 enthalten, wo eine zweite dielektrische Schicht 224 über der texturierten Oberfläche 220 ausgebildet werden kann. In einer Ausführungsform kann die zweite dielektrische Schicht 224 eine ARC-Schicht sein.
4 veranschaulicht einen anderen Schritt in einem Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs für eine Solarzelle gemäß einiger Ausführungsformen. Das Verfahren kann das Ausbilden einer ersten Metallpaste oder einer Metallpaste, die Metallpartikel 230 und eine kohäsive Matrix 232 über der Kontaktöffnung 226 enthält, enthalten. In einer Ausführungsform kann die erste Metallpaste eine Aluminiumpaste oder eine andere leitende Paste sein.
Mit Bezug auf 5 wird noch ein anderer Schritt in einem Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs für eine Solarzelle gezeigt. Das Verfahren kann das Erwärmen 220 der ersten Metallpaste beinhalten, wobei das Erwärmen die kohäsive Matrix 232 entfernt. In 5 wird die kohäsive Matrix 260 während des Erwärmens gezeigt. In einer Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen 260 der ersten Metallpaste oder Aluminiumpaste das Tempern bei einer Temperatur von 550°C. In einer Ausführungsform ermöglicht das Erwärmen 260 der ersten Metallpaste, die Polysilicium-Schicht 206 unterhalb der ersten Metallpaste zu verbrauchen, um eine leitfähige Füllung 240 auszubilden. In 5 wird die leitfähige Füllung 240 während des Erwärmens 260 gezeigt. In einer Ausführungsform enthält die leitfähige Füllung 240, unter anderen Beispielen, Aluminiumpartikel, Siliciumpartikel und/oder Aluminium-Silicium Legierungspartikel. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Füllung eine erste Legierung sein (z. B. eine Aluminium-Silicium-Legierung). In einigen Ausführungsformen ermöglicht das Erwärmen 260 der ersten Metallpaste oder den mit Aluminium-Silizium legierten Partikeln, regulierbar die Polysilicium-Schicht 206 zu verbrauchen, die sich unterhalb der ersten Metallpaste befindet. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Füllung 240, wie in 6 unten stehend gezeigt, eine Dicke im Bereich von 0,2–1 Mikron aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die leitfähige Füllung 240 eine Kontaktwiderstandsfähigkeit von weniger als 10–4 Ohm/cm² aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die zweite Metallschicht 250 kann auf der ersten Metallschicht ausgebildet sein, wobei ein Metallisierungs- und/oder Beschichtungsprozess genutzt wird.
6 veranschaulicht noch einen anderen Schritt in einem Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs für eine Solarzelle. In einer Ausführungsform kann die Solarzelle eine erste Metallschicht beinhalten, die Metallpartikel 230 und eine leitfähige Füllung 240 beinhaltet, die zwischen der ersten Metallschicht und den ersten und zweiten dotierten Bereichen 212, 214 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform kann die erste Metallschicht 230 Aluminium sein. In einer Ausführungsform kann eine zweite Metallschicht 250 auf der ersten Metallschicht ausgebildet sein, wo die erste Metallschicht und die leitfähige Füllung 240 der zweiten Metallschicht 250 eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten dotierten Bereichen 212, 214 bereitstellen. In einer Ausführungsform kann die zweite Metallschicht 250 unter anderen Beispielen Kupfer, Zinn, Aluminium, Silber, Gold, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Ruthenium, Palladium und/oder Platin sein. Die zweite Metallschicht 250 kann unter Einsatz eines Metallisierungs- und/oder Beschichtungsverfahrens auf der zweiten Metallschicht 250 ausgebildet werden.
Mit Bezug auf 7 wird eine Querschnittsansicht einer anderen Solarzelle gezeigt. In einer Ausführungsform kann eine dritte Metallschicht 252 auf der Solarzelle 200 aus 6 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die dritte Metallschicht 252 unter anderen Beispielen Kupfer, Zinn, Aluminium, Silber, Gold, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Ruthenium, Palladium und/oder Platin sein.
Mit Bezug auf 8 wird ein einzelner Kontaktbereich der Solarzelle aus 7 gezeigt. Im Gegensatz zum gesamten hier als erster dotierter Bereich 212 zwischen der ersten Kontaktstelle 138 der Solarzelle aus 2 und einer ersten in 8 gezeigten Kontaktstelle 244 dargestellten, aber nicht darauf beschränkten, mit dem Siliciumsubstrat 210 elektrisch verbundenen Bereich, ist der gesamte, in 8 gezeigte, mit dem Siliciumsubstrat 210 elektrisch verbundene Bereichvergrößert. Im Unterschied zu 2 zeigt 8 einen leitenden Kontakt 240, der durch oder zumindest teilweise durch eine Polysilicium-Schicht 206 und zwischen Metallpartikeln 230 und dem ersten dotierten Bereich 212, wo die Metallpartikel 230 mit dem leitenden Kontakt 240 an einer zweiten Kontaktstelle 238 in Kontakt sind, ausgebildet wird. Auch im Unterschied zu 2 ist der Kontaktwiderstand zwischen den Metallpartikeln 130 der ersten Metallschicht und dem Siliciumsubstrat 211 wegen der Vergrößerung des Gesamtbereichs der elektrischen Verbindung reduziert. In einer Ausführungsform können Vertiefungen innerhalb des Siliciumsubstrats 210 ebenfalls reduziert sein. Deswegen können die in 3–8 gezeigten Kontaktbereiche einen vergrößerten Gesamtkontaktbereich, einen reduzierten Kontaktwiderstand und reduzierte Vertiefungen im Siliciumsubstrat 210 bereitstellen.
9 veranschaulicht noch eine andere Solarzelle 400 mit einer Vorderseite 402, die bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, und einer der Vorderseite 402 gegenüberliegende Rückseite 404, gemäß einiger Ausführungsformen. Die Solarzelle 400 kann ein Siliciumsubstrat 410 und erste und zweite dotierte Bereiche 412, 414 beinhalten. In einer Ausführungsform können die ersten und zweiten dotierten Bereiche 412, 414 in einem thermischen Prozess gezüchtet werden. Die ersten und zweiten dotierten Bereiche 412, 414 können jeweils ein Dotiermaterial enthalten, dies ist aber nicht auf einen positiven Dotierstoff wie Bor oder einen negativen Dotierstoff wie Phosphor beschränkt. Eine erste dielektrische Schicht 422 kann über dem zweiten dotierten Bereich 414 ausgebildet werden. Eine zweite dielektrische Schicht 424 kann über dem ersten dotierten Bereich 412 ausgebildet werden. Die Solarzelle 400 kann eine texturierte Oberfläche 420 für zusätzliche Lichtabsorption und eine zweite dielektrische Schicht 424 enthalten, die über der texturierten Oberfläche 420 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform kann die Solarzelle eine erste Metallschicht enthalten, die Metallpartikel 430 und eine leitfähige Füllung 440, ausgebildet zwischen der ersten Metallschicht und den ersten und zweiten dotierten Bereichen 412, 414, beinhaltet. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Füllung 440 zumindest teilweise durch die Polysilicium-Schicht 406 hindurch ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann eine zweite Metallschicht 450 auf der ersten Metallschicht ausgebildet sein, wo die erste Metallschicht und die leitfähige Füllung 440 der zweiten Metallschicht 450 eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten dotierten Bereichen 412, 414 bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Solarzelle 400 eine dritte Metallschicht 452, die auf der zweiten Metallschicht 450 ausgebildet ist, wo die leitfähige Füllung 440 und die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht 450 eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten dotierten Bereichen 412, 414 und der dritten Metallschicht 452 bereitstellen. In einer Ausführungsform können die zweite und/oder dritte Metallschicht 450, 452 unter anderem Kupfer, Zinn, Aluminium, Silber, Gold, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Ruthenium, Palladium und/oder Platin sein. Die zweite und/oder dritte Metallschicht 450, 452 kann unter Anwendung eines Beschichtungsverfahrens ausgebildet werden.
Mit Bezug auf 10 veranschaulicht ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs auf einer Solarzelle.
Unter 501 kann das Verfahren das Bereitstellen einer Solarzelle mit einer Vorderseite, die bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, einer der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite und eines Siliciumsubstrats beinhalten.
Unter 502 kann eine Polysilicium-Schicht auf einem Siliciumsubstrat der Solarzelle ausgebildet werden, wo die Polysilicium-Schicht auf mindestens einem dotierten Bereich des Siliciumsubstrats. ausgebildet ist.
Unter 503 kann eine dielektrische Schicht auf der Polysilicium-Schicht ausgebildet werden.
Unter 504 kann mindestens eine Kontaktöffnung durch die erste dielektrische Schicht auf der Polysilicium-Schicht hindurch ausgebildet werden.
Unter 505 kann eine erste Metallschicht auf der Kontaktöffnung ausgebildet werden.
Unter 506 kann eine erste Metallpaste so erwärmt werden, dass sie eine erste Metallschicht ausbildet, wobei das Erwärmen eine leitfähige Füllung ermöglicht, die eine erste Legierung zum Ausbilden innerhalb der Kontaktöffnung und durch oder mindestens teilweise durch die Polysilicium-Schicht hindurch beinhaltet, wobei die leitfähige Füllung die erste Metallschicht und die dotierten Bereiche elektrisch miteinander koppelt.
11 veranschaulicht ein Flussdiagramm zur Darstellung eines anderen Verfahrens zum Ausbilden eines Kontaktbereich auf einer Solarzelle.
Unter 511 kann das Verfahren das Bereitstellen einer Solarzelle mit einer Vorderseite, die bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, einer der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite und eines Siliciumsubstrats beinhalten.
Unter 512 kann eine undotierte Polysilicium-Schicht mit einer ersten Dicke auf einem Siliciumsubstrat der Solarzelle abgeschieden werden, wobei die undotierte Polysilicium-Schicht auf mindestens einem dotierten Bereich des Siliciumsubstrats auf der Rückseite der Solarzelle ausgebildet wird.
Unter 513 kann eine erste dielektrische Schicht auf der Polysilicium-Schicht abgeschieden werden.
Unter 514 kann mindestens eine Kontaktöffnung durch die erste dielektrische Schicht auf der Polysilicium-Schicht hindurch ausgebildet werden.
Unter 515 kann eine Aluminiumpaste auf die Kontaktöffnung aufgetragen werden, wobei die Aluminiumpaste elektrisch mit dem dotierten Bereich gekoppelt ist.
Unter 516 kann die Aluminiumpaste ausgehärtet werden, um eine Schicht aus Aluminium auszubilden.
Unter 517 kann die Schicht aus Aluminium und Siliciumsubstrat bei einer Temperatur von 550°C getempert werden, um der Schicht aus Aluminium zu ermöglichen, die Polysilicium-Schicht unterhalb der Schicht aus Aluminium zu verbrauchen und eine leitfähige Füllung auszubilden. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Füllung eine Aluminium-Silicium-Legierung enthalten. In einer Ausführungsform kann die leitfähige Füllung eine Dicke gleich der ersten Dicke aufweisen, und die Schicht aus Aluminium und den dotierten Bereich elektrisch miteinander koppeln.
Unter 518 kann eine zweite Metallschicht auf der ersten Metallschicht ausgebildet werden, wobei die leitfähige Füllung und die Schicht aus Aluminium den dotierten Bereich elektrisch mit der zweiten Metallschicht koppeln.
Obwohl oben stehend spezifische Ausführungsformen beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken, auch wo nur eine einzelne Ausführungsform in Bezug auf ein bestimmtes Merkmal beschrieben ist. Beispiele von Merkmalen, die in dieser Offenbarung bereitgestellt werden, sind dahingehend ausgelegt, dass sie eher anschaulich als restriktiv sind, sofern nicht anderweitig benannt. Die oben stehende Beschreibung ist dazu bestimmt, solche Alternativen, Modifizierungen und Entsprechungen abzudecken, wie sie für einen Fachmann, der den Nutzen aus dieser Offenbarung hat, offensichtlich sind.
Der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beinhaltet jedes Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen, die hier offenbart werden (sowohl implizit als auch explizit), oder jede Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob sie nun eines oder alle Probleme löst, die hierin angesprochen werden, oder nicht. Entsprechend können neue Patentansprüche während der Verfolgung dieser Anmeldung (oder einer Anmeldung, die hierzu Priorität beansprucht) bezüglich jeglicher solcher Kombination von Merkmalen formuliert werden. Insbesondere mit Bezug auf die angehängten Patentansprüche können Merkmale von davon abhängigen Patentansprüchen mit jenen der unabhängigen Patentansprüche kombiniert werden und Merkmale von entsprechenden unabhängigen Patentansprüchen können in jeder angemessenen Weise, und nicht lediglich in den spezifischen Kombinationen, die in den angehängten Patentansprüchen aufgezählt sind, kombiniert werden.

Claims

Solarzelle, die eine Vorderseite, welche bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, sowie eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist, wobei die Solarzelle umfasst: eine auf einem dotierten Bereich aufgebrachte Polysilicium-Schicht; eine erste Metallschicht, die zumindest teilweise auf der Polysilicium-Schicht aufgebracht ist, wobei die erste Metallschicht an dem dotierten Bereich ausgerichtet ist; eine erste dielektrische Schicht, ausgebildet über der Polysilicium-Schicht, wobei mindestens eine Kontaktöffnung durch die erste dielektrische Schicht hindurch ausgebildet wird; und eine leitfähige Füllung, die eine erste Legierung und Polysilicium umfasst, das unterhalb der mindestens einen Kontaktöffnung und mindestens teilweise durch die Polysilicium-Schicht hindurch ausgebildet wird, wobei die leitfähige Füllung die erste Metallschicht und den dotierten Bereich elektrisch koppelt.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Polysilicium-Schicht eine undotierte Polysilicium-Schicht ist.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste dielektrische Schicht Siliciumnitrid umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Siliciumsubstrat Material umfasst, das aus einer aus N-Typ Bulk-Silicium und P-Typ Bulk-Silicium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der dotierte Bereich ein Material umfasst, das aus einer aus dotiertem Silicium des N-Typs und dotiertem Silicium des P-Typs bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der dotierte Bereich einen Dotierstoff umfasst, der aus einer aus Phosphor und Bor bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Füllung ein Material umfasst, das aus einer aus Aluminiumpartikeln, Siliciumpartikeln und Partikeln einer Aluminium-Silicium-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Füllung eine Dicke im Bereich von 0,2–1 Mikron aufweist.
Solarzelle gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähige Füllung eine Kontaktwiderstandsfähigkeit von weniger als 10^–4 Ohm-cm² aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die erste Metallschicht Aluminium umfasst.
Solarzelle aus Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite Metallschicht, aufgebracht auf der ersten Metallschicht, wobei die erste Metallschicht und die leitfähige Füllung die zweite Metallschicht und den dotierten Bereich elektrisch koppeln.
Solarzelle nach Anspruch 11, wobei die zweite Metallschicht ein Metall umfasst, das aus einer Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Aluminium, Silber, Gold, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Ruthenium, Palladium und Platin ausgewählt wird.
Solarzelle, die eine Vorderseite, welche bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, sowie eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist, wobei die Solarzelle umfasst: ein Siliciumsubstrat mit einem dotierten Bereich auf der Rückseite der Solarzelle; eine undotierte Polysilicium-Schicht, die auf dem dotierten Bereich aufgebracht ist, wobei das undotierte Polysilicium eine erste Dicke aufweist; Aluminiumpartikel, die zumindest teilweise über der undotierten Polysilicium-Schicht aufgebracht sind, wobei die Aluminiumpartikel über dem dotierten Bereich ausgerichtet sind; mindestens eine durch eine erste dielektrische Schicht hindurch ausgebildete Kontaktöffnung; eine leitfähige Füllung, die eine Aluminium-Silicium-Legierung umfasst, die unter der mindestens einen Kontaktöffnung und durch die undotierte Polysilicium-Schicht hindurch ausgebildet wird, wobei die leitfähige Füllung eine Dicke gleich der ersten Dicke aufweist, eine Kontaktwiderstandsfähigkeit von weniger als 10^–4 Ohm-cm², und die Aluminiumpartikel und den dotierten Bereich elektrisch koppelt; und eine zweite Metallschicht, die auf den Aluminiumpartikeln aufgebracht ist, wobei die Aluminiumpartikel und die leitfähige Füllung die zweite Metallschicht und den dotierten Bereich elektrisch koppeln.
Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die erste Dicke im Bereich von 0,2–1 Mikrons liegt.
Solarzelle nach Anspruch 13, wobei die zweite Metallschicht ein Metall umfasst, ausgewählt aus einer Gruppebestehend aus Kupfer, Zinn, Aluminium, Silber, Gold, Chrom, Eisen, Nickel, Zink, Ruthenium, Palladium und Platin.
Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktbereichs einer Solarzelle, wobei die Solarzelle eine Vorderseite, welche bei Normalbetrieb der Sonne zugewandt ist, sowie eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer Polysilicium-Schicht auf einem Siliciumsubstrat der Solarzelle, wobei die Polysilicium-Schicht auf mindestens einem dotierten Bereich des Siliciumsubstrats ausgebildet wird; Ausbilden einer ersten dielektrischen Schicht auf der Polysilicium-Schicht; Ausbilden mindestens einer Kontaktöffnung durch die erste dielektrische Schicht auf der Polysilizium-Schicht hindurch; Ausbilden einer ersten Metallpaste auf der Kontaktöffnung, wobei die erste Metallpaste elektrisch mit dem dotierten Bereich gekoppelt ist; und Erwärmen der ersten Metallpaste, um eine erste Metallschicht auszubilden, wobei das Erwärmen das Ausbilden einer leitfähigen Füllung, welche eine erste Legierung umfasst, innerhalb der Kontaktöffnung und durch die Polysilizium-Schicht hindurch ermöglicht, wobei die leitfähige Füllung die erste Metallschicht elektrisch mit den dotierten Bereichen koppelt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Metallpaste eine Aluminiumpaste ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Erwärmen der ersten Metallpaste das Tempern bei einer Temperatur von 550°C umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Erwärmen der ersten Metallpaste ermöglicht, die unter der ersten Metallpaste aufgebrachte Polysilicium-Schicht zu verbrauchen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Polysilicium-Schicht eine undotierte Polysilicium-Schicht ist.