DE112015004246T5 - Herstellung von Solarzellenemitterregionen mit differenzierten Typ P- und Typ N-Architekturen und unter Verwendung von dotierter Diffusion - Google Patents

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Gabriel Harley
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Abstract

Es werden Verfahren zur Herstellung von Solarzellenemitterregionen mit differenzierten P-Typ- und N-Typ-Architekturen beschrieben, die eine dotierte Diffusion beinhalten und die Solarzellen zum Ergebnis haben. In einem Beispiel beinhaltet eine Solarzelle ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche. Eine erste Emitterregion aus polykristallinem Silicium eines ersten Leitfähigkeitstyps ist auf einer auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordneten ersten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet. Eine zweite Emitterregion aus polykristallinem Silicium eines zweiten, anderen Leitfähigkeitstyps ist auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet, die in einer Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordnet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung liegen im Bereich der erneuerbaren Energie und insbesondere der Verfahren zum Herstellen von Solarzellenemitterregionen mit differenzierten Architekturen des Typ P und N und unter Verwendung von dotierter Diffusion und den daraus resultierenden Solarzellen.
  • HINTERGRUND
  • Photovoltaische Zellen, die gemeinhin als Solarzellen bekannt sind, sind allgemein bekannte Vorrichtungen zur direkten Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie. Allgemein werden Solarzellen auf einem Halbleiterwafer oder Substrat unter Verwendung von Halbleiterbearbeitungstechniken hergestellt, um einen p-n-Übergang nahe einer Oberfläche des Substrats auszubilden. Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche des Substrats auftrifft und in sie eindringt, erzeugt Elektron-Loch-Paare im Volumen des Substrats. Die Elektron-Loch-Paare wandern in p- und n-dotierte Regionen im Substrat, wodurch sie eine Spannungsdifferenz zwischen den dotierten Regionen erzeugen. Die dotierten Regionen sind mit leitfähigen Regionen auf der Solarzelle verbunden, um einen elektrischen Strom von der Zelle zu einem damit gekoppelten externen Stromkreis zu leiten.
  • Effizienz ist eine wichtige Eigenschaft einer Solarzelle, da sie in direkter Beziehung zur Fähigkeit der Solarzelle steht, Energie zu erzeugen. Gleichermaßen steht die Effizienz beim Produzieren von Solarzellen in direkter Beziehung zur Kosteneffizienz solcher Solarzellen. Entsprechend sind Techniken zum Erhöhen der Effizienz von Solarzellen oder Techniken zum Erhöhen der Effizienz bei der Herstellung von Solarzellen allgemein wünschenswert. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erlauben eine erhöhte Effizienz der Solarzellenherstellung, indem neuartige Verfahren zum Herstellen von Solarzellenstrukturen bereitgestellt werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erlauben eine erhöhte Solarzelleneffizienz, indem neuartige Solarzellstrukturen bereitgestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1–6 stellen eine Querschnittsansicht und Grundrissdarstellungen verschiedener Herstellungsstadien einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar, wobei:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Stadiums in der Solarzellenherstellung darstellt, in dem das Bilden einer ersten Siliciumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps an einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, ausgebildet an einer Rückfläche des Substrats, eingebunden ist;
  • 2 eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Grundrissdarstellung der Struktur aus 1 darstellt, die der Strukturierung der Isolierschicht und der ersten Siliciumschicht folgt, um eine erste Siliciumregion des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Isolierkappe darauf zu bilden;
  • 3 eine Querschnittsansicht der Struktur aus 2 darstellt, die dem Texturieren der Oberflächen der Rinnen folgt, um texturierte Aussparungen oder Rinnen mit texturierten Oberflächen innerhalb des Substrats zu bilden;
  • 4 eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Grundrissansicht der Struktur aus 3 darstellt, die dem Bilden der zweiten und dritten dünnen dielektrischen Schichten und einer zweiten Siliciumschicht folgt;
  • 5 eine Querschnittsansicht und eine entsprechende Grundrissansicht der Struktur aus 4 darstellt, die der Strukturierung der zweiten Siliciumschicht folgt, um isolierte zweite Siliciumregionen und eine Kontaktöffnung in den Bereichen der zweiten Siliciumschicht oberhalb der Isolierkappe der ersten Siliciumregionen zu bilden; und
  • 6 eine Querschnittsansicht der Struktur aus 5 darstellt, die der Bildung einer Vielzahl von leitfähigen Kontakten folgt.
  • 7 ist ein Ablaufplan mit einer Auflistung von Arbeitsschritten in einem den 1–6 entsprechenden Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Die 8A und 8B stellen Querschnittsansichten verschiedener Stadien der Herstellung einer anderen Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar.
  • 9 ist ein Ablaufdiagramm mit der Auflistung von Vorgängen bei einem anderen Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und soll nicht die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen solcher Ausführungsformen einschränken. Das Wort „beispielhaft”, wie hierin verwendet, bedeutet „als ein Beispiel, Fallbeispiel oder der Veranschaulichung dienend”. Alle Implementierungen, die hierin als beispielhaft beschrieben werden, sind nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen anzusehen. Des Weiteren besteht keine Absicht, durch eine im vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Beschreibung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegte, ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein.
  • Diese Patentschrift schließt Bezugnahmen auf „eine bestimmte Ausführungsform” oder „eine Ausführungsform” ein. Das Auftreten der Ausdrücke „in einer bestimmten Ausführungsform” oder „in einer Ausführungsform” bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform. Bestimmte Merkmale, Strukturen oder Charakteristika können auf jegliche geeignete Art kombiniert werden, die mit dieser Offenbarung im Einklang ist.
  • Terminologie. Die folgenden Absätze stellen Definitionen und/oder Kontext für Begriffe bereit, die in dieser Offenbarung (einschließlich der beigefügten Patentansprüche) zu finden sind:
    „Umfassen”/„umfassend”. Dieser Begriff ist erweiterbar. Wie in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließt dieser Begriff eine zusätzliche Struktur oder zusätzliche Schritte nicht aus.
  • „So gestaltet, dass”/„gestaltet, um zu”. Verschiedene Einheiten oder Komponenten können so beschrieben oder beansprucht sein, dass sie „so gestaltet sind, dass” sie eine Aufgabe oder Aufgaben erfüllen. In solchen Kontexten wird „so gestaltet, dass” bzw. „gestaltet, um zu” verwendet, um eine Struktur zu benennen, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Komponenten eine Struktur einschließen, die diese Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Von der Einheit/Komponente als solcher kann gesagt werden, dass sie gestaltet ist, um die Aufgabe durchzuführen, auch wenn die spezifizierte Einheit/Komponente momentan nicht betriebsbereit (d. h. nicht eingeschaltet/aktiv) ist. Das Erwähnen, dass eine Einheit/ein Stromkreis/eine Komponente „gestaltet ist, um” eine oder mehrere Aufgaben auszuführen, ist ausdrücklich so gedacht, dass sie sich für diese Einheit/diese Komponente nicht auf 35 U.S.C. §112, Absatz sechs beruft.
  • „Erste”, „zweite” usw. Wie hierin verwendet, werden diese Begriffe als Bezeichnungen für Substantive genutzt, denen sie vorangehen, und implizieren keine wie auch immer geartete Art einer Rangfolge (z. B. räumlich, zeitlich, logisch usw.). Zum Beispiel impliziert eine Bezugnahme auf eine „erste” Solarzelle nicht notwendigerweise, dass diese Solarzelle die erste Solarzelle in einer Folge ist; stattdessen wird der Begriff „erste” dazu verwendet, diese Solarzelle von einer anderen Solarzelle (z. B. von einer „zweiten” Solarzelle) zu unterscheiden.
  • „Gekoppelt” – Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „gekoppelt”, solange nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch.
  • „Hemmen” – Im hiesigen Sinne wird „hemmen” zur Bezeichnung eines Verringerungs- oder Minimierungseffekts verwendet. Wenn eine Baugruppe oder ein Bestandteil als einen Vorgang, eine Bewegung oder einen Zustand hemmend beschrieben wird, kann die Baugruppe bzw. der Bestandteil das Ergebnis bzw. die Wirkung oder die zukünftige Beschaffenheit vollständig unterbinden. Ferner kann „hemmen” auch eine Reduzierung oder Abschwächung der Wirkung, Leistung und/oder des Effekts, der ansonsten auftreten könnte, bezeichnen. Entsprechend muss, wenn eine Baugruppe, ein Element oder ein Bestandteil als ein Ergebnis oder eine Beschaffenheit hemmend bezeichnet wird, die Baugruppe, das Element oder der Bestandteil das Ergebnis bzw. die Beschaffenheit nicht in vollständigem Umfang verhindern oder eliminieren.
  • Zusätzlich kann bestimmte Terminologie in der folgenden Beschreibung auch allein zum Zwecke der Bezugnahme verwendet werden und soll somit nicht einschränkend sein. Zum Beispiel beziehen sich Begriffe wie „oberer/obere/oberes”, „unterer/untere/unteres”, „oberhalb/über” und „unterhalb/unter” auf Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Begriffe wie „vorn”, „hinten”, „rückseitig”, „seitlich”, „extern” und „intern” beschreiben die Ausrichtung und/oder die Lage von Abschnitten der Komponente in einem konsistenten, jedoch beliebigen Bezugsrahmen an, was durch Bezugnahme auf den Text und die zugehörigen Zeichnungen klar gemacht wird, welche die erörterte Komponente beschreiben. Eine solche Terminologie kann die vorstehend speziell erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung einschließen.
  • Verfahren zum Herstellen von Solarzellenemitterregionen mit differenzierten Architekturen des Typs P und N und unter Verwendung von dotierter Diffusion, und die daraus resultierenden Solarzellen, werden hierin beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise spezifische Verfahrensablaufschritte, um ein umfassendes Verstehen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es wird für den Fachmann ersichtlich sein, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden allgemein bekannte Herstellungstechniken, wie beispielsweise Lithographie- und Strukturierungstechniken, nicht im Detail beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht unnötigerweise zu verschleiern. Des Weiteren versteht es sich, dass die verschiedenen, in den Figuren gezeigten Ausführungsformen veranschaulichende Darstellungen und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • Hierin sind Solarzellen offenbart. In einer Ausführungsform beinhaltet eine Solarzelle ein Substrat mit einer Licht empfangenden Oberfläche und einer rückwärtigen Oberfläche. Ein erster polykristalliner Siliciumemitterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps ist an einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, angeordnet an der rückwärtigen Oberfläche des Substrats, angeordnet. Ein zweiter polykristalliner Siliciumemitterbereich eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps ist auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht, angeordnet in einer Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen in der rückwärtigen Oberfläche des Substrats, angeordnet.
  • Ebenfalls hierin offenbart sind Verfahren zum Herstellen von Solarzellen. In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle das Bilden einer ersten Siliciumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die an einer rückwärtigen Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, um einen ersten Emitterbereich der Solarzelle bereitzustellen. Das Substrat hat eine Licht empfangende Oberfläche und die rückwärtige Oberfläche. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer Isolierkörperschicht auf der ersten Siliciumschicht. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer Vielzahl von Öffnungen in der Isolierkörperschicht und der ersten Siliciumschicht und eine entsprechende Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen in der rückwärtigen Oberfläche des Substrats. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer zweiten Siliciumschicht eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht, gebildet in der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen, um einen zweiten Emitterbereich der Solarzelle bereitzustellen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung abwechselnder N- und P-Emitterbereiche einer Solarzelle das Bilden einer P-Typ-Siliciumschicht an einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die auf einer rückwärtigen Oberfläche eines monokristallinen Siliciumsubstrats vom N-Typ ausgebildet ist. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer Isolierschicht auf der P-Typ-Siliciumschicht. Das Verfahren beinhaltet auch die Strukturierung der Isolierschicht und der P-Typ-Siliciumschicht durch Laserablation, um P-Typ-Siliciumregionen mit einer Isolierkappe darauf zu bilden und um eine Vielzahl von Bereichen des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ, jeden aus der Vielzahl von Bereichen des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ mit einer Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen, ausgebildet im monokristallinen Siliciumsubstrat des N-Typ, freizulegen. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht auf freigelegten P-Typ-Siliciumregionen. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer N-Typ-Siliciumschicht auf der zweiten dünnen dielektrischen Schicht, auf der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen und auf einer dritten dünnen dielektrischen Schicht, gebildet in jeder aus der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen von jeder aus der Vielzahl von Bereichen des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ. Das Verfahren beinhaltet auch die Strukturierung der N-Typ-Siliciumschicht, um isolierte N-Typ-Siliciumregionen und Kontaktöffnungen in Bereichen der N-Typ-Siliciumschicht oberhalb der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen zu bilden, wobei jede isolierte N-Typ-Siliciumregion elektrisch mit einem entsprechenden aus der Vielzahl von Bereichen des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ kombiniert ist. Das Verfahren beinhaltet auch das Bilden einer Vielzahl von leitfähigen Kontakten, wobei jeder leitfähige Kontakt mit einem der P-Typ-Siliciumregionen oder einem der isolierten N-Typ-Siliciumregionen verbunden ist.
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, sind auf die Herstellung einer Solarzelle mit dotierter Diffusion ausgerichtet. In einer Ausführungsform, die eine Gestaltung mit dotierter Diffusion mit differenzierter Typ P- und Typ N-Architektur einführt, ermöglicht die Herstellung von lasergemusterten Emittern mit stabilerem und niedrigerem Sperrvorspannungsausfall. Die dotierte Diffusion kann unter Verwendung von Laserablation hergestellt werden, wie unten stehend genauer beschrieben. Dennoch kann bei anderen Ausführungsformen auch eine Inseldiffusionsbildung ohne Laser angewendet werden, z. B. durch den Einsatz aufgedruckter Ätzmittel oder durch abdeckende und ätzende Verfahren.
  • Der Kontext hierzu ist, dass die Verwendung eines Lasers zum Mustern eines Emitters in einer herkömmlichen Solarzellenarchitektur eine Herausforderung darstellt, weil bei einem linearen Emitter ein erheblicher Bereich des Materials entfernt werden muss. Dieses Entfernen kann schwierig durchzuführen sein und kann eine Herausforderung in Hinsicht auf die Stückzahl pro Stunde darstellen, wenn diodengepumpte Festkörperlaser (DPSS) benutzt werden. Einige Konstruktionen vertrauen auch auf eine kantenvertikale Seitenwandverbindung als Pfad für einen Sperrvorspannungsausfall und müssen daher sehr einheitlich sein. Der Einsatz eines „sauberen” Laserverfahrens zum Bilden einer solchen kantenvertikalen Seitenwandverbindung kann an Stellen schwierig sein, wo sich überlappende Punkte eingesetzt werden, wie das normalerweise beim Bilden eines kontinuierlichen Emitters mit einem gepulsten Laser der Fall wäre. Die umgekehrte Durchschlagspannung ist ebenfalls proportional zur Länge der Druckkontaktverbindung, die als Durchschlagbereich dient.
  • Das Befassen mit einer oder mehreren der vorstehenden Fragen in einer Ausführungsform, und die Verschiebung hin zu einer gepunkteten Konstruktion, bei der die Größe der Punkte leicht reguliert werden kann und hohe Dichten der Punkte platziert werden können, kann zu einer besseren Ausfallleistung des Geräts führen. Insbesondere Ausführungsformen, die eine Reihe von Punkten als Emitter bilden, können eine schnellere Laserverarbeitung ermöglichen, eine einheitlichere Ablation (z. B. sich nicht überlappende Punkte) für bessere Seitenwände, den Einsatz von Niedrigenergie (z. B. das Erschließen von UV-Laser-Einsätzen, was für die Gleichförmigkeit der Seitenwände ebenso besser wäre), und sie können die Ausfallspannung verbessern. Andere Vorteile der Verwendung einer Konstruktion mit gepunktetem Emitter mit differenzierter Typ P- und Typ N-Architektur kann eine oder mehrere (1) wachsende Verbindungsbereiche enthalten, die eine geringere Ausfallspannung ermöglichen; (2) die Notwenigkeit einer Überlappung eliminieren, um einen kontinuierlichen Emitter zu bilden; (3) die Stückzahl pro Stunde verbessern; (4) Kantenüberlappung und Steuerungsprobleme verbessern; (5) Inselkontaktprobleme durch Bereitstellen einer Decke aus amorphem Silicium (n-a-Si) des N-Typ lösen; (6) die Bildung einzelner, doppelter, dreifacher etc. Reihen eigenständiger N-Typ Bereiche des Substrats („N-Inseln”) ermöglichen; (7) das Einstellen der Inselgrößen ermöglichen; und/oder (8) den Einsatz einer UV- oder CO2-basierten Laserquelle ermöglichen, um Oxide sauber zu entfernen und saubere Seitenwände herzustellen, ohne den Emitter maßgeblich zu beschädigen.
  • In einem ersten beispielhaften Prozessablauf stellen die 1–6 Querschnittsansichten verschiedener Stadien der Herstellung einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. 7 ist ein Flussdiagramm 700, das Verfahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle entsprechend den 1–6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Mit Bezug auf 1 und den entsprechenden Arbeitsschritt 702 des Ablaufplans 700 beinhaltet das Verfahren zur Herstellung sich abwechselnder N-Typ- und P-Typ-Emitterbereiche einer Solarzelle das Bilden einer ersten Siliciumschicht 106 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht 104, gebildet an der rückwärtigen Oberfläche eines Substrats 102.
  • Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 102 ein monokristallines Siliciumsubstrat, wie beispielsweise ein dotiertes Silicium-Einkristall-Massensubstrat des N-Typs. Es versteht sich jedoch, dass das Substrat 102 eine Schicht sein kann, wie z. B. eine multikristalline Siliciumschicht, die auf einem globalen Solarzellensubstrat angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die erste dünne dielektrische Schicht 104 eine dünne Oxidschicht, wie z. B. eine dielektrische Siliciumoxid-Tunnelschicht mit einer Dicke von ungefähr 2 Nanometern oder weniger.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Siliciumschicht 106 eine polykristalline Siliciumschicht, die so dotiert ist, dass sie den ersten Leitfähigkeitstyp entweder durch in situ-Dotieren, Implantieren nach der Deposition oder durch eine Kombination daraus erhält. In einer anderen Ausführungsform ist die erste Siliciumschicht 106 eine amorphe Siliciumschicht, wie z. B. eine hydrierte Siliciumschicht, dargestellt als a-Si:H, welches mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps nach der Deposition der amorphen Siliciumschicht eingebracht wird. Bei einer solchen Ausführungsform wird die erste Siliciumschicht 106 in der Folge getempert (zumindest während einer der folgenden Stadien des Prozessflusses), um zuletzt eine polykristalline Siliciumschicht zu bilden. In einer Ausführungsform für entweder eine polykristalline Siliciumschicht oder eine amorphe Siliciumschicht wird die Implantierung unter Verwendung einer Ionenstrahlimplantierung oder Plasmaimmersionsimplantierung durchgeführt, wenn eine Implantierung nach der Deposition durchgeführt wird. In einer solchen Ausführungsform wird eine Lochmaske für das Implantieren benutzt. In einer besonderen Ausführungsform ist der erste Leitfähigkeitstyp der P-Typ (z. B. unter Verwendung von Boron-Störatomen gebildet).
  • Wieder unter Bezugnahme auf 1 und nun auch auf den entsprechenden Arbeitsschritt 704 des Ablaufplans 700 wird eine Isolierschicht 108 auf der ersten Siliciumschicht 106 gebildet. In einer Ausführungsform beinhaltet die Isolierschicht 108 Siliciumdioxid.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und den entsprechenden Arbeitsschritt 706 des Ablaufplans 700 sind die Isolierschicht 108 und die erste Siliciumschicht 106 gemustert, um eine erste Siliciumregion 110 des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Isolierkappe 112 darauf zu bilden. In einer Ausführungsform wird ein Laserablationsprozess (z. B. mit Direktschreibung) eingesetzt, um die Isolierschicht 108 und die erste Siliciumschicht 106 mit einem Muster zu versehen. Wo dies geeignet erscheint, wird bei einer Ausführungsform die erste dünne dielektrische Schicht 104 im Prozess ebenfalls gemustert, wie in 2 dargestellt. Es wird anerkannt, dass die Querschnittsansicht aus 2 entlang der a-a'-Achse der Grundrissansicht aus 2 entnommen ist.
  • In einer Ausführungsform legt der Laserablationsprozess aus 2 eine Vielzahl von Bereichen 109 eines monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ 102 frei. Jeder aus der Vielzahl von Bereichen 109 des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ 102 kann als eine Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen 111 (aus der Querschnittsansicht betrachtet) mit einem Zwischenraum 112 zwischen den Rinnen (Zwischenraum aus der Grundrissansicht betrachtet), gebildet im monokristallinen Siliciumsubstrat des N-Typ 102, gesehen werden. Die Option, dass die Rinnen 109 eine Tiefe oder Dicke 111 in das Substrat hinein haben, ist in der Querschnittsansicht aus 2 dargestellt. In einer solchen Ausführungsform wird jede aus der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen 109 durch Laserablation in einer nicht-Null-Tiefe 111 mit weniger als ungefähr 10 Mikrometern im Substrat 102 gebildet.
  • Wie zuvor stehend erwähnt, kann die Vielzahl von Öffnungen und die entsprechende Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen 109 durch Anwenden eines Laserablationsprozesses gebildet werden. In einer Ausführungsform stellt die Verwendung eines Laserablationsprozesses jede Rinne aus der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen mit einer Breite (z. B. einem maximalen Durchmesser) ungefähr im Bereich von 30–60 Mikrometer bereit. In einer solchen Ausführungsform werden fortlaufend einzelne aus der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen 109 mit einem räumlichen Abstand ungefähr im Bereich von 50–300 Mikrometer gebildet. Ein Abstand mit viel weniger als 50 Mikrometer kann zur Möglichkeit des Überlappens von Rinnen führen, was, wie zuvor stehend beschrieben, nicht wünschenswert ist. Auf der anderen Seite kann ein Abstand von viel mehr als 300 Mikrometer zu einem ansteigenden Kontaktwiderstand bei einem Kontakt kommen, der nachfolgend gebildet wird und mehrere der Rinnen 109 verbindet. In einer Ausführungsform beinhaltet der Laserablationsprozess die Verwendung von Laserstrahlen mit einem ungefähren Gaussprofil oder mit einem annähernd ebenen Profil.
  • Unter Bezugnahme auf 3 können die Oberflächen der Rinnen 109 optional texturiert sein, um texturierte Aussparungen oder Rinnen 114 mit texturierten Oberflächen 116 innerhalb des Substrats 102 zu bilden. In einem gleichen oder einem ähnlichen Prozess kann eine Licht empfangende Oberfläche 101 des Substrats 102 ebenfalls texturiert sein, wie in 3 dargestellt. In einer Ausführungsform wird ein feuchtes Ätzmittel auf Hydroxidbasis genutzt, um mindestens einen Abschnitt der Aussparungen 114 zu bilden und/oder freigelegte Abschnitte des Substrats 102 zu texturieren. Eine texturierte Oberfläche kann eine sein, die eine regelmäßig oder eine unregelmäßig geformte Oberfläche hat, um einfallendes Licht zu streuen, wobei der Betrag des Lichts, das von den Licht empfangenden und/oder freigelegten Solarzellenoberflächen reflektiert wird, vermindert wird. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass das Texturieren der rückwärtigen Oberfläche und sogar das Bilden der Aussparungen im Prozessablauf ausgelassen werden kann. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass, wenn angewendet, das Texturieren die Tiefe der Rinnen 109 gegenüber den ursprünglich ausgebildeten Tiefen steigern kann.
  • Unter Bezugnahme auf 4 und den entsprechenden Arbeitsschritt 708 des Ablaufplans 700 wird eine zweite dünne dielektrische Schicht 118 an freigelegten Seiten der ersten Siliciumregionen 118 gebildet. In einer Ausführungsform wird die zweite dünne dielektrische Schicht 118 in einem Oxidationsprozess gebildet und ist eine dünne Oxidschicht, wie z. B. eine dielektrische Tunnel-Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 2 Nanometern oder weniger. In einer anderen Ausführungsform wird die zweite dünne dielektrische Schicht 118 in einem Depositionsprozess gebildet und ist eine dünne Siliciumnitridschicht oder Silicium-Oxinitridschicht. Es wird anerkannt, dass die Querschnittsansicht aus 4 entlang der b-b'-Achse der Grundrissansicht aus 4 entnommen ist.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 4 und nun auch auf den entsprechenden Arbeitsschritt 710 des Ablaufplans 700 wird eine zweite Siliciumschicht 120 eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf einer dritten dünnen dielektrische Schicht 122 gebildet, die auf den freigelegten Abschnitten der rückwärtigen Oberfläche des Substrats 102 (z. B. in jeder aus der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Rinnen 109 aus jedem der Vielzahl von Bereichen des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ 102), und auf der zweiten dünnen dielektrischen Schicht 118 und der Isolierkappe 112 der ersten Siliciumregionen 110 gebildet ist. Wie aus beiden Querschnittsansichten und der Grundrissansicht ersichtlich, bedeckt die zweite Siliciumschicht 120 (aus einer Perspektive von oben nach unten) die Rinnenbereiche 109.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 4 können eine entsprechende dünne dielektrische Schicht 122' und eine zweite Siliciumschicht 120' vom zweiten Leitfähigkeitstyp auch auf der Licht empfangenden Oberfläche 101 des Substrats 102 in gleichen oder ähnlichen Arbeitsschritten gebildet werden, wie ebenfalls in 4 dargestellt.
  • Obwohl nicht dargestellt, kann eine ARC-Schicht zusätzlich auf der entsprechenden zweiten Siliciumschicht 120' gebildet werden.
  • In einer Ausführungsform wird die dritte dünne dielektrische Schicht 122 in einem Oxidationsprozess gebildet und ist eine dünne Oxidschicht, wie z. B. eine dielektrische Tunnel-Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 2 Nanometern oder weniger. In einer Ausführungsform ist die zweite Siliciumschicht 120 eine polykristalline Siliciumschicht, die so dotiert ist, dass sie den zweiten Leitfähigkeitstyp entweder durch in situ-Dotieren, Implantieren nach der Deposition oder durch eine Kombination daraus erhält. In einer anderen Ausführungsform ist die zweite Siliciumschicht 120 eine amorphe Siliciumschicht, wie z. B. eine hydrierte Siliciumschicht, dargestellt als a-Si:H, welche mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps nach der Deposition der amorphen Siliciumschicht eingebracht wird. In einer solchen Ausführungsform wird die zweite Siliciumschicht 120 in der Folge getempert (zumindest während einer der folgenden Stadien des Prozessflusses), um zuletzt eine polykristalline Siliciumschicht zu bilden. In einer Ausführungsform für entweder eine polykristalline Siliciumschicht oder eine amorphe Siliciumschicht wird die Implantierung unter Verwendung einer Ionenstrahlimplantierung oder Plasmaimmersionsimplantierung durchgeführt, wenn eine Implantierung nach der Deposition durchgeführt wird. In einer solchen Ausführungsform wird eine Lochmaske für das Implantieren benutzt. In einer besonderen Ausführungsform ist der zweite Leitfähigkeitstyp der N-Typ (z. B. unter Verwendung von Phosphoratomen oder Arsen-Störatomen gebildet).
  • Unter Bezugnahme auf 5 und den entsprechenden Arbeitsschritt 712 des Ablaufplans 700 ist die zweite Siliciumschicht 120 gemustert, um isolierte zweite Siliciumregionen 124 des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine Kontaktöffnung 126 in Bereichen der zweiten Siliciumschicht 120 oberhalb der Isolierkappe 112 der ersten Siliciumregionen 110 zu bilden. In einer Ausführungsform ist jede isolierte N-Typ-Siliciumregion 124 mit einem (oder mehreren) entsprechenden Bereichen aus der Vielzahl von Bereichen 109 des monokristallinen Siliciumsubstrats des N-Typ 102 verbunden. In einer Ausführungsform können einzelne Bereiche von Silicium 125 als Überbleibsel des Strukturierungsprozesses übrig bleiben. In einer Ausführungsform wird ein Laserablationsprozess benutzt, um die zweite Siliciumschicht 120 mit einem Muster zu versehen. Es wird anerkannt, dass die Querschnittsansicht aus 5 entlang der c-c'-Achse der Grundrissansicht aus 5 entnommen ist.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 5 ist die Isolierkappe 112 durch die Kontaktöffnungen 126 gemustert, um Abschnitte der ersten Siliciumregionen 110 freizulegen. In einer Ausführungsform ist die Isolierkappe 112 durch Verwendung eines Laserablationsprozesses gemustert. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform ein erster Laserdurchgang benutzt, um die zweite Siliciumschicht 120 mit einem Muster zu versehen, einschließlich dem Bilden der Kontaktöffnung 126. Ein zweiter Laserdurchgang an der selben Stelle wie die Kontaktöffnung 126 wird genutzt, um die Isolierkappe 112 mit einem Muster zu versehen. Wie aus der Grundrissansicht aus 5 ersichtlich ist, bedeckt in einer Ausführungsform ein einzelner isolierter Bereich 124 (z. B. eine einzelne isolierte N-Typ Siliciumregion) aus einer Perspektive von oben nach unten einen Streifen aus einer Vielzahl von Öffnungen 109 (ein Streifen aus drei Öffnungen pro einzelnem isolierten Bereich 124 wird in 5 gezeigt).
  • Bezug nehmend auf 6 und entsprechender Operation 714 von Flussdiagramm 700 wird eine Vielzahl von leitfähigen Kontakten gebildet, wobei jeder leitfähige Kontakt elektrisch mit einem der Siliciumbereiche vom P-Typ oder einem der isolierten Siliciumbereiche vom N-Typ verbunden ist. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Metallkeimschicht 128 auf den freigelegten Abschnitten der ersten Siliciumbereiche 110 und auf den isolierten zweiten Siliciumbereichen 124 gebildet. Eine Metallschicht 130 wird anschließend auf die Metallkeimschicht plattiert, um jeweils leitfähige Kontakte 132 und 134 für die ersten Siliciumbereiche 110 und die isolierten zweiten Siliciumbereiche 124 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Metallkeimschicht 128 eine Metallkeimschicht auf Aluminiumbasis, und die Metallschicht 130 ist eine Kupferschicht. In einer Ausführungsform wird zuerst eine Maske gebildet, um ausschließlich die freigelegten Abschnitte der ersten Siliciumbereiche 110 und der isolierten zweiten Siliciumbereiche 124 freizulegen, um die Bildung der Metallkeimschicht 128 auf begrenzte Stellen zu steuern.
  • Daher zielen eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen darauf ab, P+- und N+-Polysiliciumemitterbereiche für eine Solarzelle zu bilden, wobei die jeweiligen Strukturen der P+- und N+-Polysiliciumemitterbereiche voneinander verschieden sind. Ein solcher Ansatz kann implementiert werden, um einen Solarzellenherstellungsprozess zu vereinfachen. Weiterhin kann die resultierende Struktur im Vergleich zu anderen Solarzellenarchitekturen eine geringere Durchschlagspannung und geringere assoziierte Leistungsverluste bereitstellen.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 6 schließt in einer Ausführungsform eine fertig gestellte Solarzelle ein Substrat 102 mit einer lichtempfangenden Oberfläche 101 und einer entsprechenden rückseitigen Oberfläche ein. Ein erster polykristalliner Siliciumemitterbereich 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps wird auf einer ersten dünnen, auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats 102 angeordneten, dielektrischen Schicht 104 angeordnet. Ein zweiter polykristalliner Siliciumemitterbereich 124 eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps wird auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht 122 in einer Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben (in der Querschnittsansicht von 6 als Aussparung gezeigt) in der rückseitigen Oberfläche des Substrats 102 angeordnet. In einer Ausführungsform ist das Substrat 102 ein monokristallines Siliciumsubstrat vom N-Typ, der erste Leitfähigkeitstyp ist vom P-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ist vom N-Typ. In einer Ausführungsform ist die Solarzelle eine Rückkontakt-Solarzelle, wie in 6 abgebildet.
  • In einer Ausführungsform weist jeder von der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben eine Breite annäherungsweise im Bereich von 30–60 Mikrometer auf, wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben wurde. In einer Ausführungsform sind aufeinanderfolgende von der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben annäherungsweise in einem Abstand im Bereich von 50–300 Mikrometer voneinander beabstandet, wie im Zusammenhang mit 2 ebenfalls beschrieben wurde. In einer Ausführungsform weist jeder von der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben eine Tiefe annäherungsweise im Bereich von 0,5–10 Mikrometer auf, wie von der rückseitigen Oberfläche aus und in das Substrat 102 gesehen. Die endgültige Grabentiefe kann durch Laserablation, einem Texturierprozess oder beiden gebildet werden. In einer Ausführungsform weist jeder der nicht kontinuierlichen Gräben eine annäherungsweise kreisförmige Gestalt auf, wie in den Draufsichten von 2, 4 und 5 abgebildet. Wie in 6 abgebildet, weist jeder der nicht kontinuierlichen Gräben eine texturierte Oberfläche auf.
  • Wieder Bezug nehmend auf 6 schließt die Solarzelle in einer Ausführungsform ferner eine dritte dünne dielektrische Schicht 118, lateral direkt zwischen den ersten 110 und zweiten 124 polykristallinen Siliciumemitterbereichen angeordnet, ein. In einer Ausführungsform schließt die Solarzelle ferner einer erste, mit dem ersten polykristallinen Siliciumemitterbereich 110 elektrisch verbundene, leitfähige Kontaktstruktur 130 und eine mit dem zweiten polykristallinen Siliciumemitterbereich 124 verbundene zweite leitfähige Kontaktstruktur 134 ein. In einer Ausführungsform schließt die Solarzelle ferner eine auf dem ersten polykristallinen Siliciumemitterbereich 110 angeordnete Isolierschicht 112 ein. Die erste leitfähige Kontaktstruktur 130 ist durch die Isolierschicht 112 hindurch angeordnet. In einer solchen Ausführungsform überlappt ein Abschnitt des zweiten polykristallinen Siliciumemitterbereichs 124 die Isolierschicht 112, ist aber von der ersten leitfähigen Kontaktstruktur 130 getrennt, wie in 6 abgebildet. In einer weiteren Ausführungsform wird ein polykristalliner Siliciumbereich 125 des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Isolierschicht 112 angeordnet, und die erste leitfähige Kontaktstruktur 130 wird durch den polykristallinen Siliciumbereich 125 des zweiten Leitfähigkeitstyps und durch die Isolierschicht 112 hindurch angeordnet, wie in 6 abgebildet.
  • Unter einem weiteren Gesichtspunkt zielen eine oder mehrere hierin beschriebene Ausführungsformen auf Silicidbildung für die Solarzellenherstellung ab. Das Silicidmaterial kann in eine endgültige Solarzellenstruktur eingebaut sein, wie beispielsweise als eine Rückkontakt- oder Vorderseitenkontakt-Solarzellenstruktur. Verwenden eines Silicidmaterials zur Metallisierung eines Polysiliciumemitterbereichs einer Solarzelle kann einen simpleren Metallisierungsprozess für solche Solarzellen bereitstellen. Zum Beispiel, wie untenstehend ausführlicher beschrieben, wird eine Silicid-Technik verwendet, um eine Maskierungsoperation von einer Metallkeimschicht zur Bildung von Kontakten wirksam zu entfernen. Weiterhin können Ausrichtungsprobleme reduziert werden, da der Silicidprozess ein selbstausgerichteter Prozess ist.
  • In einem zweiten beispielhaften Prozessablauf veranschaulichen 8A–8B Querschnittsansichten verschiedener Herstellungsphasen einer anderen Solarzelle gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der zweite beispielhafte Prozessablauf bewegt sich von der Struktur von 5 zu der Struktur von 8A.
  • Bezug nehmend auf 8A wird dem Mustern der zweiten Siliciumschicht 120 und der isolierenden Kappe 112 (wie im Zusammenhang mit 5 beschrieben) nachfolgend, aus freigelegten Oberflächen der gemusterten zweiten Siliciumschicht und von den freigelegten Abschnitten des ersten Siliciumbereichs 110, eine Metallsilicidschicht 828 gebildet. In einer Ausführungsform wird die Metallsilicidschicht durch Bilden eine Metalldeckenschicht über die gesamte Struktur von 5, Erhitzen der Metalldeckenschicht zum Umsetzen mit freigelegtem Silicium und Bilden eines Metallsilicids gebildet. Nicht umgesetzte Abschnitte der Metalldeckenschicht werden anschließend entfernt, z. B. unter Verwendung eines nasschemischen Reinigungsprozesses, der dem gebildeten Silicidmaterial gegenüber selektiv ist. In einer Ausführungsform schließt die Metallsilicidschicht 828 ein Material wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, Titansilicid (TiSi2), Cobaltsilicid (CoSi2), Wolframsilicid (WSi2) oder Nickelsilicid (NiSi oder NiSi2) ein. In einer Ausführungsform wird ein Tempern durch schnelles thermisches Bearbeiten (rapid thermal processing, RTP) zum Bilden des Silicids angewendet. In dieser Ausführungsform werden Dotiermittel in den Siliciumschichten des Emitterbereichs in dem gleichen RTP-Prozess aktiviert. In einer Ausführungsform wird der RTP-Prozess in einer sauerstofffreien Umgebung oder einer Umgebung mit wenig Sauerstoff durchgeführt, um Oxidation des Silicidmetalls zu reduzieren. In einer weiteren Ausführungsform jedoch ist eine Silicidprozesstemperatur geringer als die Temperatur eines zum Aktivieren von Dotiermittel angewendeten separaten Temperns.
  • Bezug nehmend auf 8B wird anschließend eine Metallschicht 830 auf die Metallsilicidschicht plattiert, um jeweils leitfähige Kontakte 832 und 834 für die ersten Siliciumbereiche 110 und die isolierten zweiten Siliciumbereiche 124 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Metallschicht 830 eine Kupferschicht. In einer Ausführungsform wird die Metallsilicidschicht vor dem Plattieren eines Metalls darauf chemisch aktiviert. In einer weiteren Ausführungsform wird anstelle des Plattierens eines Metalls ein Aluminium(Al)-Folien-Schweißprozess angewendet, um die Kontaktbildung zu vervollständigen.
  • Es sollte erkannt werden, dass der im Zusammenhang mit 8A und 8B beschriebene Silicidierungsprozess zur Kontaktbildung, wie mit der im Zusammenhang mit 6 beschriebenen Kontaktbildung kontrastiert, eine Maske weniger verwendet. Insbesondere braucht eine Keimschicht nicht durch eine Maske in dem Silicidierungsprozess gelenkt zu werden, da Silicid sich ausschließlich auf Bereichen von freigelegtem Silicium bilden wird, welche bereits gemustert worden sind. Als solcher ist der Silicidierungsprozess in einer Ausführungsform ein selbstausgerichteter Prozess, welcher implementiert werden kann, um Ausrichtungsprobleme zu mildern und möglicherweise den erreichbaren Pitch für die Zellkontaktherstellung zu reduzieren.
  • Ein beide der obenstehend beschriebenen Prozessabläufe umfassender Prozess wird, vielleicht allgemeiner, im Zusammenhang mit 9 beschrieben. 9 ist ein Flussdiagramm 900, das Operationen in einem weiteren Verfahren zum Herstellen von Solarzellen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auflistet. Bezug nehmend auf Operation 902 des Flussdiagramms 900 von 9 involviert ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle das Bilden einer ersten Siliciumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen, auf der rückseitigen Oberfläche eines Substrats gebildeten, dielektrischen Schicht. In einer Ausführungsform stellt diese Prozessoperation einen ersten Emitterbereich der Solarzelle bereit. Bezug nehmend auf Operation 904 des Flussdiagramms 900 von 9 involviert das Verfahren ebenfalls das Bilden einer Isolierschicht auf der ersten Siliciumschicht. Bezug nehmend auf Operation 906 des Flussdiagramms 900 von 9 involviert das Verfahren ebenfalls das Bilden einer Vielzahl von Öffnungen in der Isolierschicht und der ersten Siliciumschicht, und einer entsprechenden Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats. Bezug nehmend auf Operation 908 des Flussdiagramms 900 von 9 involviert das Verfahren ebenfalls das Bilden einer zweiten Siliciumschicht eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf einer in der Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben gebildeten zweiten dünnen dielektrischen Schicht. In einer Ausführungsform stellt diese Prozessoperation einen zweiten Emitterbereich der Solarzelle bereit.
  • Obwohl bestimmte Materialien spezifisch mit Bezug auf die obenstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, können einige Materialien bei anderen solcher Ausführungsformen, die der Wesensart und dem Umfang der vorliegenden Offenbarung entsprechen, einfach durch andere ersetzt werden. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform ein Substrat unterschiedlichen Materials, wie beispielsweise ein Substrat der Materialgruppe III-V anstelle eines Siliciumsubstrats verwendet werden. Zusätzlich, obwohl signifikant Bezug genommen wird auf Rückkontakt-Solarzellenanordnungen, sollte erkannt werden, dass hierin beschriebene Ansätze auf Vorderseitenkontakt-Solarzellen anwendbar sein können. Bei anderen Ausführungsformen können die oben beschriebenen Vorgehensweisen auf die Herstellung von anderen Bauteilen als Solarzellen anwendbar sein. Zum Beispiel kann die Herstellung von Leuchtdioden (LED) von hier beschriebenen Vorgehensweisen profitieren.
  • Weiterhin kann in einer Ausführungsform ein Clusterinstrument für die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) verwendet werden, um viele der obenstehend beschriebenen Prozessoperationen in einem einzigen Durchlauf in einem Prozessinstrument zu kombinieren. Zum Beispiel können in einer solchen Ausführungsform bis zu vier verschiedene PECVD-Operationen und eine RTP-Operation in einem einzigen Durchlauf in einem Clusterinstrument durchgeführt werden. Die PECVD-Operationen können Abscheidungen von Schichten wie beispielsweise der obenstehend beschriebenen rückseitigen P+-Polysiliciumschicht, sowohl vorder- als auch rückseitiger N+-Polysiliciumschichten und der ARC-Schicht einschließen.
  • Daher wurden Verfahren zum Herstellen von Solarzellenemitterbereichen mit differenzierten P-Typ- und N-Typ-Architekturen und zum Einbauen punktierter Diffusion und die resultierenden Solarzellen offenbart.
  • Obwohl vorstehend spezifische Ausführungsformen beschrieben wurden, sollen diese Ausführungsformen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken, auch wo nur eine einzige Ausführungsform in Hinblick auf ein bestimmtes Merkmal beschrieben ist. Beispiele für Merkmale, die in der Offenbarung bereitgestellt werden, sollen vielmehr veranschaulichend als einschränkend sein, sofern dies nicht anderweitig angegeben ist. Die vorstehende Beschreibung soll solche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die für den Fachmann ersichtlich sind, der von dieser Offenbarung profitiert.
  • Der Umfang der vorliegenden Offenbarung schließt jedes Merkmal oder jede Kombination von Merkmalen ein, die hierin (entweder explizit oder implizit) offenbart sind, oder jede Verallgemeinerung davon, unabhängig davon, ob es oder sie einzelne oder alle der hierin angesprochenen Probleme abschwächt. Entsprechend können während der Verfolgung dieser Anmeldung (oder einer Anmeldung, die diesbezüglich Priorität beansprucht) neue Patentansprüche zu jeder solchen Kombination von Merkmalen formuliert werden. Insbesondere unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche können Merkmale von abhängigen Ansprüchen mit jenen der unabhängigen Patentansprüche kombiniert werden, und Merkmale von entsprechenden unabhängigen Patentansprüchen können in jeder geeigneten Weise und nicht lediglich in den spezifischen Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen aufgezählt sind, kombiniert werden.
  • In einer Ausführungsform schließt eine Solarzelle ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche, einem ersten polykristallinen Siliciumemitterbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einer ersten, auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordneten, dünnen dielektrischen Schicht und einem zweiten polykristallinen Siliciumemitterbereich eines zweiten, unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einer zweiten, in einer Vielzahl von nicht kontinuierlichen Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordneten, dünnen dielektrischen Schicht, ein.
  • In einer Ausführungsform weist jeder von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben eine Breite auf, die ungefähr im Bereich von 30–60 Mikrometer liegt, und aufeinanderfolgende von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben weisen einen Abstand zueinander auf, der ungefähr im Bereich von 50–300 Mikrometer liegt.
  • In einer Ausführungsform weist jeder von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben von der Rückseite aus und in das Substrat hinein eine Tiefe auf, die ungefähr im Bereich von 0,5–10 Mikrometer liegt.
  • In einer Ausführungsform weist jeder von den nicht-kontinuierlichen Gräben ungefähr eine Kreisform auf.
  • In einer Ausführungsform weist jeder von den nicht-kontinuierlichen Gräben eine texturierte Oberfläche auf.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle ferner eine dritte dünne dielektrische Schicht, die lateral direkt zwischen der ersten und der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium liegt.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle ferner eine erste Leitungskontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium verbunden ist, und eine zweite Leitungskontaktstruktur, die elektrisch mit der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle ferner eine Isolierschicht, die auf der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium angeordnet ist, wobei die erste Leitungskontaktstruktur durch die Isolierschicht hindurch angeordnet ist, und ein Teil der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium die Isolierschicht überlappt, aber von der ersten Leitungskontaktstruktur beabstandet ist.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet die Solarzelle ferner eine Isolierschicht, die auf der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium angeordnet ist, und eine Schicht aus polykristallinem Silicium des zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Isolierschicht angeordnet ist, und die erste Leitungskontaktstruktur ist durch die Schicht aus polykristallinem Silicium des zweiten Leitfähigkeitstyps und durch die Isolierschicht hindurch angeordnet.
  • In einer Ausführungsform ist das Substrat ein Substrat aus monokristallinem Silicium des N-Typs, der erste Leitfähigkeitstyp ist ein P-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ist ein N-Typ und die Solarzelle ist eine Rückseitenkontakt-Solarzelle.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle das Ausbilden einer ersten Siliciumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die auf einer rückseitigen Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, um eine erste Emitterregion der Solarzelle bereitzustellen, wobei das Substrat eine lichtempfangende Oberfläche und die rückseitige Oberfläche aufweist, das Ausbilden einer Isolierschicht auf der ersten Siliciumschicht, das Ausbilden mehrerer Öffnungen in der Isolierschicht und der ersten Siliciumschicht und mehrerer entsprechender nicht-kontinuierlicher Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats und das Ausbilden einer zweiten Siliciumschicht eines zweiten, anderen Leitfähigkeitstyps auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht, die in den mehreren Gräben ausgebildet ist, um eine zweite Emitterregion der Solarzelle bereitzustellen.
  • In einer Ausführungsform umfasst das Ausbilden der mehreren Öffnungen und der mehreren entsprechenden nicht-kontinuierlichen Gräben die Anwendung eines Laserablationsprozesses.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Anwendung des Laserablationsprozesses das Ausbilden von jedem von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben mit eine Breite, die ungefähr im Bereich von 30–60 Mikrometer liegt, und das Ausbilden von aufeinanderfolgenden von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben mit einem gegenseitigen Abstand, der ungefähr im Bereich von 50–300 Mikrometer liegt.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Anwendung des Laserablationsprozesses das Ausbilden von jedem von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben in einer Tiefe ungleich null, die weniger als 10 Mikrometer in das Substrat hineinreicht.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Anwendung des Laserablationsprozesses die Verwendung eines Laserstrahls mit einem ungefähr Gauss'schen Profil oder mit einem Profil, das eine ungefähr flache Oberseite beinhaltet.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner die Texturierung einer Bodenfläche von jedem von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben vor dem Ausbilden der zweiten Siliciumschicht und der zweiten dünnen dielektrischen Schicht in den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Herstellung einander abwechselnder N-Typ- und P-Typ-Emitterregionen einer Solarzelle das Ausbilden einer P-Typ-Siliciumschicht auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die auf einer rückseitigen Oberfläche eines monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats ausgebildet ist, das Ausbilden einer Isolierschicht auf der P-Typ-Siliciumschicht, das Mustern der Isolierschicht und der P-Typ-Siliciumschicht durch Laserablation, um P-Typ-Siliciumregionen mit einer Isolierkappe auszubilden und um mehrere Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats freizulegen, wobei jede von den mehreren Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats mehrere nicht-kontinuierliche Gräben umfasst, die in dem monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrat ausgebildet sind, das Ausbilden einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht auf freiliegenden Seiten der P-Typ-Siliciumregionen, das Ausbilden einer N-Typ-Siliciumschicht auf der zweiten dünnen dielektrischen Schicht, auf der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen und auf einer dritten dünnen dielektrischen Schicht, die in jedem von den mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben von jeder der mehreren Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats ausgebildet ist, um isolierte N-Typ-Siliciumregionen auszubilden und um in Regionen der N-Typ-Siliciumschicht oberhalb der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen Kontaktöffnungen auszubilden, wobei jede isolierte N-Typ-Siliciumregion elektrisch mit einer entsprechenden von den mehreren Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats gekoppelt ist, und das Ausbilden mehrerer Leitungskontakte, wobei jeder Leitungskontakt elektrisch mit einer von den P-Typ-Siliciumregionen oder einer von den isolierten N-Typ-Siliciumregionen verbunden ist.
  • In einer Ausführungsform werden die P-Typ- und N-Typ-Siliciumschichten als amorphe Siliciumschichten ausgebildet, und das Verfahren beinhaltet eine Wärmevergütung der P-Typ- und N-Typ-Siliciumschichten, um polykristalline P-Typ- bzw. N-Typ-Siliciumschichten auszubilden.

Claims (20)

  1. Solarzelle, umfassend: ein Substrat mit einer lichtempfangenden Oberfläche und einer rückseitigen Oberfläche; eine erste Emitterregion aus polykristallinem Silicium eines ersten Leitfähigkeitstyps, die auf einer auf der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordneten ersten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet ist; und eine zweite Emitterregion aus polykristallinem Silicium eines zweiten, anderen Leitfähigkeitstyps, die auf einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht angeordnet ist, die in mehreren nicht-kontinuierlichen Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats angeordnet ist.
  2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei jeder von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben eine Breite aufweist, die ungefähr im Bereich von 30–60 Mikrometer liegt, und aufeinanderfolgende von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben einen Abstand zueinander aufweisen, der ungefähr im Bereich von 50–300 Mikrometer liegt.
  3. Solarzelle nach Anspruch 2, wobei jeder von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben ab der Rückseite und in das Substrat hinein eine Tiefe aufweist, die ungefähr im Bereich von 0,5–10 Mikrometer liegt.
  4. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei jeder von den nicht-kontinuierlichen Gräben ungefähr eine Kreisform aufweist.
  5. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei jeder von den nicht-kontinuierlichen Gräben eine texturierte Oberfläche aufweist.
  6. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine dritte dünne dielektrische Schicht, die lateral direkt zwischen der ersten und der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium liegt.
  7. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Leitungskontaktstruktur, die elektrisch mit der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium verbunden ist; und eine zweite Leitungskontaktstruktur, die elektrisch mit der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium verbunden ist.
  8. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Isolierschicht, die auf der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium angeordnet ist, wobei die erste Leitungskontaktstruktur durch die Isolierschicht hindurch angeordnet ist, und wobei ein Teil der zweiten Emitterregion aus polykristallinem Silicium die Isolierschicht überlappt, aber von der ersten Leitungskontaktstruktur beabstandet ist.
  9. Solarzelle nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Isolierschicht, die auf der ersten Emitterregion aus polykristallinem Silicium angeordnet ist; und eine polykristalline Siliciumschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Isolierschicht angeordnet ist, wobei die erste Leitungskontaktstruktur durch die polykristalline Siliciumschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und durch die Isolierschicht hindurch angeordnet ist.
  10. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Substrat aus monokristallinem Silicium des N-Typs ist, der erste Leitfähigkeitstyp ein P-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp ein N-Typ ist und wobei die Solarzelle eine Rückseitenkontakt-Solarzelle ist.
  11. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer ersten Siliciumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die auf einer rückseitigen Oberfläche eines Substrats ausgebildet ist, um eine erste Emitterregion der Solarzelle bereitzustellen, wobei das Substrat eine lichtempfangende Oberfläche und eine rückseitige Oberfläche aufweist; Ausbilden einer Isolierschicht auf der ersten Siliciumschicht; Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen in der Isolierschicht und der ersten Siliciumschicht und eine Vielzahl entsprechender nicht-kontinuierlicher Gräben in der rückseitigen Oberfläche des Substrats; Ausbilden einer zweiten Siliciumschicht eines zweiten, anderen Leitfähigkeitstyps auf der zweiten dünnen dielektrischen Schicht, die in der Vielzahl nicht-kontinuierlicher Gräben ausgebildet sind, um eine zweite Emitterregion der Solarzelle bereitzustellen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ausbilden der Vielzahl von Öffnungen und der Vielzahl von entsprechenden nicht-kontinuierlichen Gräben die Anwendung eines Laserablationsprozesses umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Anwendung des Laserablationsprozesses das Ausbilden von jedem von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben mit einer Breite, die ungefähr im Bereich von 30–60 Mikrometer liegt, und das Ausbilden von aufeinanderfolgenden von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben mit einem gegenseitigen Abstand, der ungefähr im Bereich von 50–300 Mikrometer liegt, umfasst.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anwendung des Laserablationsprozesses das Ausbilden von jedem von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben in einer Tiefe ungleich null, die weniger als 10 Mikrometer in das Substrat hineinreicht, umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Anwendung des Laserablationsprozesses die Verwendung eines Laserstrahls mit einem ungefähr Gauss'schen Profil oder mit einem Profil, das eine ungefähr flache Oberseite beinhaltet, umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Texturieren einer Bodenfläche von jedem von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben vor dem Ausbilden der zweiten Siliciumschicht und der zweiten dünnen dielektrischen Schicht in der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben.
  17. Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 11.
  18. Verfahren zur Herstellung abwechselnder N-Typ- und P-Typ-Emitterregionen einer Solarzelle, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer P-Typ-Siliciumschicht auf einer ersten dünnen dielektrischen Schicht, die auf einer rückseitigen Oberfläche eines monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats ausgebildet ist; Ausbilden einer Isolierschicht auf der P-Typ-Siliciumschicht; Mustern der Isolierschicht und der P-Typ-Siliciumschicht durch Laserablation, um P-Typ-Siliciumregionen mit einer Isolierkappe auszubilden und um eine Vielzahl von Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats freizulegen, wobei jede von der Vielzahl von Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats eine Vielzahl nicht-kontinuierlicher Gräben umfasst, die im monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrat ausgebildet sind; Ausbilden einer zweiten dünnen dielektrischen Schicht auf freiliegenden Seiten der P-Typ-Siliciumregionen; Ausbilden einer N-Typ-Siliciumschicht auf der zweiten dünnen dielektrischen Schicht, auf der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen und auf einer dritten dünnen dielektrischen Schicht, die in jedem von der Vielzahl von nicht-kontinuierlichen Gräben von jeder der Vielzahl von Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats ausgebildet sind; Mustern der N-Typ-Siliciumschicht, um isolierte N-Typ-Siliciumregionen auszubilden und um in Regionen der N-Typ-Siliciumschicht oberhalb der Isolierkappe der P-Typ-Siliciumregionen Kontaktöffnungen auszubilden, wobei jede isolierte N-Typ-Siliciumregion elektrisch mit einer entsprechenden von der Vielzahl von Regionen des monokristallinen N-Typ-Siliciumsubstrats gekoppelt sind; und Ausbilden mehrerer Leitungskontakte, wobei jeder Leitungskontakt elektrisch mit einer von den P-Typ-Siliciumregionen oder einer von den isolierten N-Typ-Siliciumregionen verbunden ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die P-Typ- und N-Typ-Siliciumschichten als amorphe Siliciumschichten ausgebildet werden, wobei das Verfahren ferner umfasst: Wärmebehandeln der P-Typ- und N-Typ-Siliciumschichten, um polykristalline Siliciumschichten des P-Typs bzw. des N-Typs auszubilden.
  20. Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 18.
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