EP2291862A2 - Heterojunction solar cell with absorber having an integrated doping profile - Google Patents

Abstract

The invention relates to a heterojunction solar cell (1) and a method for the production thereof. The heterojunction solar cell has an absorber layer (3) made of silicon with a basic doping and at least one heterojunction layer (5, 7) of a doped semiconductor material whose band gap differs from that of the silicon of the absorber layer. The absorber layer (3) has a doped layer at an interface (13, 15) directed toward the heterojunction layer (5, 7), the doping concentration of said doped layer being greater than the basic doping concentration of the absorber layer. As a result of this doping profile, a field effect can be caused which prevents charge carrier pairs produced within the absorber layer from diffusing toward the interface between the absorber layer and the heterojunction layer and from recombining there.

Description

INSTITUT FÜR SOLARENERGIEFORSCHUNG GMBH München, 30. Juni 2009 INSTITUTE FOR SOLAR ENERGY RESEARCH GMBH Munich, June 30, 2009

Unser Zeichen: I 8077 / RAKOur sign: I 8077 / RAK

Institut für Solarenergieforschung GmbH Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal, DeutschlandInstitute for Solar Energy Research GmbH Am Ohrberg 1, 31860 Emmerthal, Germany

Heterojunction-Solarzelle mit Absorber mit integriertem DotierprofilHeterojunction solar cell with absorber with integrated doping profile

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heterojunction-Solarzelle sowie ein Herstellungsverfahren für eine solche Heterojunction-Solarzelle.The present invention relates to a heterojunction solar cell and to a production process for such a heterojunction solar cell.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Solarzellen dienen der Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Um die durch einfallendes Licht in einem Solarzellensubstrat generierten Ladungsträgerpaare räumlich trennen zu können, weist die Solarzelle verschiedene aneinandergrenzende Halbleiterbereiche auf, wobei die einzelnen Bereiche aufgrund der Energiebandstruktur der für die Bereiche verwendeten Halbleitermaterialien und/oder aufgrund der Art und Konzentration der in das jeweilige Halbleitermaterial eingebrachten Dotanden voneinander verschiedene elektrische Eigenschaften aufweisen. Aufgrund dieser verschiedenen elektrischen Eigenschaften stellt sich an der Grenzfläche zwischen den verschiedenen Halbleiterbereichen eine elektrische Potentialdifferenz ein, aufgrund derer die Elektronen und Löcher der Licht-generierten Ladungsträgerpaare räumlich getrennt werden.Solar cells are used to convert light into electrical energy. In order to be able to spatially separate the charge carrier pairs generated by incident light in a solar cell substrate, the solar cell has various contiguous semiconductor regions, wherein the individual regions due to the energy band structure of the semiconductor materials used for the areas and / or due to the nature and concentration of introduced into the respective semiconductor material Have dopants different electrical properties. Due to these different electrical properties, an electrical potential difference arises at the interface between the different semiconductor regions, as a result of which the electrons and holes of the light-generated charge carrier pairs are spatially separated.

Allgemein wird zwischen sogenannten Homojunction-Solarzellen und sogenannten Heterojunction-Solarzellen unterschieden. Homojunction-Solarzellen weisen im AllgemeinenGenerally, a distinction is made between so-called homojunction solar cells and so-called heterojunction solar cells. Homojunction solar cells generally exhibit

RAK: sis ein einziges Halbleitersubstrat aus einem Halbleitermaterial auf, in dem durch lokales Einbringen von verschiedenen Dotanden die aneinander angrenzenden verschiedenen Halbleiterbereiche erzeugt werden. Beispielsweise kann in einem Substrat aus Silizium ein mit Bor dotierter Bereich, der den p-Halbleitertyp aufweist, an einen mit Phosphor dotierten Bereich, der den n-Halbleitertyp aufweist, angrenzen, so dass sich an der Grenzfläche ein pn- Übergang bildet, der seinerseits wiederum die zur Trennung der Ladungsträger notwendige Potentialdifferenz generiert.RAK: sis a single semiconductor substrate made of a semiconductor material, in which by local introduction of different dopants, the mutually adjacent different semiconductor regions are generated. For example, in a silicon substrate, a boron doped region having the p-type semiconductor may be adjacent to a phosphorus doped region having the n-type semiconductor, forming a pn junction at the interface, in turn in turn generates the necessary for the separation of the charge carrier potential difference.

Im Gegensatz hierzu weisen Heterojunction-Solarzellen aneinander angrenzende Bereiche auf, die aus verschiedenen Halbleitermaterialien bestehen. Da die Valenzbänder und Leitungsbänder der verschiedenen Halbleitermaterialien auf unterschiedlichen Energieniveaus liegen, kommt es an der Grenzfläche, an der die verschiedenen Halbleitermaterialien aneinander grenzen, zu sogenannten „Band-Offsets" und im allgemeinen auch zu einer Bandverbiegung, die die zur Ladungsträgertrennung gewünschte Potentialdifferenz bewirken können. Unterstützt werden kann dieser Effekt weiterhin dadurch, dass die einzelnen Halbleitermaterialien ihrerseits wiederum dotiert sein können, was zu zusätzlichen Einflüssen auf die Bandverbiegung führt.In contrast, heterojunction solar cells have contiguous regions composed of different semiconductor materials. Since the valence bands and conduction bands of the different semiconductor materials are at different energy levels, so-called "band offsets" occur at the interface at which the different semiconductor materials adjoin one another, and in general also to a band bending which can bring about the potential difference desired for charge carrier separation This effect can be further supported by the fact that the individual semiconductor materials in turn can be doped, which leads to additional influences on the band bending.

Die für die Bildung der Heterojunction-Solarzelle verwendeten Halbleitermaterialien können sich einerseits hinsichtlich der hierfür verwendeten chemischen Elemente unterscheiden. Zum Beispiel können Schichten aus verschiedenen, Halbleiter-bildenden Elementen wie Silizium, Germanium, Galliumarsenid, etc. übereinander abgeschieden werden. Es können jedoch auch Halbleitermaterialien aus den gleichen chemischen Elementen, aber in verschiedenen kristallinen oder amorphen Strukturen verwendet werden. Beispielsweise ist bekannt, dass Silizium je nachdem, ob es im kristallinen oder im amorphen Zustand vorliegt, sehr unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen kann, das heißt, dass sich unter anderem die Energieniveaus der Valenz- und Leitungsbänder bzw. deren Kanten sowie die dazwischen liegende Bandlücke signifikant unterscheiden können. Fig. Ia zeigt eine herkömmliche Heterojunction-Solarzelle 101, bei der auf einer Absorberschicht 103 aus kristallinem Silizium (c-Si) an einer im Einsatz dem eingestrahlten Licht zugewandten Oberfläche eine weitere Halbleiterschicht, die hier als Heterojunction- Schicht 105 bezeichnet wird, abgeschieden ist. Die Heterojunction-Schicht 105 besteht aus amorphem Silizium (a-Si) und ist derart dotiert, dass sie den entgegengesetzten Halbleitertyp der Absorberschicht 103 aufweist. Die Heterojunction-Schicht 105 bildet somit einen Emitter für die Absorberschicht 103. An der Grenzfläche zwischen der Heterojunction-Schicht 105 und der Absorberschicht 103 wird aufgrund der dort auftretenden Bandverbiegungen bzw. Band-Offsets die gewünschte Potentialdifferenz zur Trennung der Ladungsträgerpaare generiert. An der gegenüberliegenden Oberfläche der Absorberschicht 103 ist in dem gezeigten Beispiel eine weitere Heterojunction-Schicht 107 abgeschieden. Diese weist den gleichen Halbleitertyp auf wie die Absorberschicht 103, die Dotierungskonzentration ist jedoch höher, so dass diese Heterojunction-Schicht 107 als Back-Surface-Field (BSF) dienen kann.The semiconductor materials used for the formation of the heterojunction solar cell may differ on the one hand with regard to the chemical elements used for this purpose. For example, layers of various semiconductor-forming elements, such as silicon, germanium, gallium arsenide, etc., may be deposited over one another. However, semiconductor materials of the same chemical elements but in different crystalline or amorphous structures may also be used. For example, it is known that silicon, depending on whether it is in the crystalline or in the amorphous state, may have very different electrical properties, that is, inter alia, the energy levels of the valence and conduction bands or their edges and the intervening band gap significantly can distinguish. 1 a shows a conventional heterojunction solar cell 101, in which an additional semiconductor layer, which is referred to here as a heterojunction layer 105, is deposited on an absorber layer 103 of crystalline silicon (c-Si) on a surface facing the incident light in use , The heterojunction layer 105 is made of amorphous silicon (a-Si) and is doped to have the opposite semiconductor type of the absorber layer 103. The heterojunction layer 105 thus forms an emitter for the absorber layer 103. At the interface between the heterojunction layer 105 and the absorber layer 103, the desired potential difference for the separation of the charge carrier pairs is generated due to the band bends or band offsets occurring there. On the opposite surface of the absorber layer 103, a further heterojunction layer 107 is deposited in the example shown. This has the same type of semiconductor as the absorber layer 103, but the doping concentration is higher, so that this heterojunction layer 107 can serve as a back-surface field (BSF).

In Fig. Ib ist die ortsabhängige Dotierungskonzentration C für die in Fig. Ia gezeigten Bereiche der Heterojunction-Solarzelle 101 dargestellt. Fig. Ib ist dabei derart dargestellt, dass die den einzelnen Schichten 103, 105, 107 zuzuordnenden Bereiche direkt durch Vergleich mit Fig. Ia erkennbar sind. Wie aus Fig. Ib zu erkennen, ist die Änderung der Dotierungskonzentration C an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Heterojunction- Schichten 105, 107 und der Absorberschicht 103 abrupt. Insbesondere an der Grenzfläche, wo die im Wesentlichen homogen dotierte Absorberschicht vom n-Halbleitertyp oder p- Halbleitertyp an die ebenfalls im Wesentlichen homogen dotierte, als Emitterschicht dienende Heterojunction-Schicht 105 vom entsprechend entgegengesetzten p-Halbleitertyp bzw. n- Halbleitertyp grenzt und sich somit eine starke Potentialdifferenz ausbildet, findet sich ein abrupter Übergang von einer Dotierung des einen Halbleitertyps hin zu einer Dotierung des entsprechend anderen Halbleitertyps. - A -FIG. 1 b shows the location-dependent doping concentration C for the regions of the heterojunction solar cell 101 shown in FIG. 1 a. FIG. 1b is shown in such a way that the areas to be assigned to the individual layers 103, 105, 107 can be recognized directly by comparison with FIG. 1a. As can be seen from FIG. 1 b, the change in the doping concentration C at the interfaces between the individual heterojunction layers 105, 107 and the absorber layer 103 is abrupt. In particular, at the interface where the substantially homogeneously doped absorber layer of the n-type semiconductor or p-type semiconductor adjacent to the likewise substantially homogeneously doped, serving as an emitter layer heterojunction layer 105 of the corresponding opposite p-type semiconductor or n-type semiconductor and thus thus If a strong potential difference is formed, there is an abrupt transition from a doping of the one semiconductor type to a doping of the corresponding other type of semiconductor. - A -

Fig. 2a zeigt ein weiteres Beispiel einer herkömmlichen Heterojunction-Solarzelle 151. Bei dieser Heterojunction-Solarzelle 151 ist zwischen eine Absorberschicht 153 und eine an der Frontseite und als Emitterschicht dienende Heterojunction-Schicht 155 bzw. eine an der Rückseite und als BSF-Schicht dienende Heterojunction-Schicht 157 jeweils eine zusätzliche, intrinsische amorphe Halbleiterschicht 159, 161 zwischengelagert. Das Zwischenlagern solcher intrinsischer Schichten 159, 161, die nicht bzw. sehr schwach (z.B. <lxlθ¹⁶cm^~3 ) dotiert sind, kann bewirken, dass die stärker dotierte Emitterschicht 153 nicht mehr an die noch stärker dotierten Heterojunction-Schichten 155, 157 direkt angrenzt. Die an den Übergängen entstehenden Raumladungszonen bzw. Potentialverbiegungen werden auf diese Art verbreitert und die stark dotierten Heterojunctionschichten, die typischerweise nicht sehr hohe Ladungsträgerlebensdauern aufweisen, werden so durch die nicht- bzw. schwachdotierte Zwischenschicht von dem Absorbervolumen räumlich getrennt.FIG. 2 a shows another example of a conventional heterojunction solar cell 151. In this heterojunction solar cell 151, an absorber layer 153 and a heterojunction layer 155 serving as an emitter layer on the front side and a BSF layer on the back side are used Heterojunction layer 157 each stored an additional, intrinsic amorphous semiconductor layer 159, 161. The interim storage of such intrinsic layers 159, 161, which are not or very weakly doped (eg <lxlθ ¹⁶ cm ^{~ 3} ), can cause the more heavily doped emitter layer 153 no longer directly to the even more heavily doped heterojunction layers 155, 157 borders. The space charge zones or potential deflections arising at the junctions are widened in this way and the heavily doped heterojunction layers, which typically do not have very high carrier lifetimes, are spatially separated from the absorber volume by the non-doped or weakly doped intermediate layer.

Es wurde beobachtet, dass die in Fig. 2a dargestellte Heterojunction-Solarzellen-Struktur bei guter Präparation eine höhere Oberflächenpassivierungsqualität aufweist, die zu einer dementsprechend höheren offene-Klemmen-Spannung führen kann, als dies bei der in Fig. Ia gezeigten Solarzellen-Struktur der Fall ist. Die Qualität der Oberflächenpassivierung nimmt dabei in der Regel mit zunehmender Dicke der intrinsischen Schichten 159, 161 aus amorphem Silizium zu. Typische Dicken solcher intrinsischen Schichten 159, 161 liegen im Bereich von 0,5 nm bis lOnm.It has been observed that the heterojunction solar cell structure shown in Figure 2a, when well prepared, has a higher surface passivation quality, which can result in a correspondingly higher open-clamp voltage than the solar cell structure of Figure 1 a Case is. As a rule, the quality of the surface passivation increases with increasing thickness of the intrinsic layers 159, 161 of amorphous silicon. Typical thicknesses of such intrinsic layers 159, 161 are in the range of 0.5 nm to 10 nm.

Es wurde jedoch auch beobachtet, dass bei wie in Fig. 2a gezeigt präparierten Heterojunction- Solarzellen bislang der Füllfaktor immer relativ gering war verglichen zu den bei der in Fig. Ia dargestellten Solarzellen-Struktur beobachteten Füllfaktoren.However, it has also been observed that in the case of heterojunction solar cells prepared as shown in Figure 2a, the fill factor has always been relatively low compared to the fill factors observed in the solar cell structure shown in Figure 1a.

Die Beobachtung, dass bei der in Fig. 2a dargestellten Heterojunction-Solarzellen-Struktur einerseits die offene-Klemmen-Spannung höher ist als bei der in Fig. Ia gezeigten Struktur, andererseits der beobachtete Füllfaktor jedoch geringer ist, kann unter anderem in folgender Weise begründet werden: Die intrinsische a-Si-Schicht 159, 161 hat eine wesentlich höhere elektronische Qualität als die dotierten a-Si-Heterojunction-Schichten 105, 155, 107, 157. Das heißt, die Rekombinationsaktivität (in) der intrinsischen Schicht ist geringer als in den dotierten a-Si-Heterojunction-Schichten. Die effektive Oberflächenrekombination durch die Verwendung einer direkt an die c-Si- Absorberschicht 153 anschließenden intrinsischen a-Si- Heterojunction- Schicht 159, 161 ist demzufolge geringer (besser) als bei der in Fig. Ia gezeigten Solarzellen-Struktur, bei der eine dotierte a-Si-Heterojunction-Schicht 105, 107 direkt an die c-Si- Absorberschicht 153 angrenzt. Andererseits wird der Stromtransport innerhalb der Solarzelle durch die intrinsische(n) Schicht(en) behindert. In vereinfachender Weise kann von einem „Serienwiderstand" der intrinsischen Schicht 159, 161 gesprochen werden. Dieser zusätzliche „Serienwiderstand" kann zu einer Reduzierung des Füllfaktors und damit zu Wirkungsgradverlusten für die Solarzelle führen.The observation that in the heterojunction solar cell structure shown in FIG. 2a, on the one hand, the open-terminal voltage is higher than in the structure shown in FIG. 1a, but on the other hand, the observed fill factor is lower, can be justified, inter alia, in the following way The intrinsic a-Si layer 159, 161 has a much higher electronic quality as the doped a-Si heterojunction layers 105, 155, 107, 157. That is, the recombination activity (in) of the intrinsic layer is lower than in the doped a-Si heterojunction layers. The effective surface recombination through the use of an intrinsic a-Si heterojunction layer 159, 161 directly following the c-Si absorber layer 153 is consequently lower (better) than in the solar cell structure shown in FIG a-Si heterojunction layer 105, 107 directly adjacent to the c-Si absorber layer 153. On the other hand, the current transport within the solar cell is hindered by the intrinsic layer (s). In a simplifying manner, it is possible to speak of a "series resistance" of the intrinsic layer 159, 161. This additional "series resistance" can lead to a reduction of the fill factor and thus to efficiency losses for the solar cell.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Es kann daher ein Bedarf an einer Heterojunction-Solarzelle bestehen, bei der unter anderem die oben geschilderten, bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen auftretenden Probleme zumindest teilweise reduziert sind. Insbesondere kann ein Bedarf an einer Heterojunction- Solarzelle bestehen, die einerseits eine gute effektive Oberflächenpassivierung und damit verbunden eine hohe offene-Klemmen-Spannung und andererseits einen hohen Füllfaktor aufgrund geringer Serienwiderstände aufweist. Ferner kann ein Bedarf an einem Herstellungsverfahren für eine solche Heterojunction-Solarzelle bestehen.There may therefore be a need for a heterojunction solar cell in which, inter alia, the above-described problems occurring in conventional heterojunction solar cells are at least partially reduced. In particular, there may be a need for a heterojunction solar cell having on the one hand a good effective surface passivation and, associated therewith, a high open-clamp voltage and on the other hand a high fill factor due to low series resistances. Further, there may be a need for a manufacturing method for such a heterojunction solar cell.

Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This need can be met by the subject-matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Heterojunction-Solarzelle vorgeschlagen, die eine Absorberschicht aus Silizium mit einer Grunddotierung und zumindest eine Heterojunction-Schicht aus einem dotierten Halbleitermaterial, dessen Bandlücke sich von derjenigen des Siliziums der Absorberschicht unterscheidet, aufweist. Die Absorberschicht weist dabei an einer zu der Heterojunction- Schicht gerichteten Grenzfläche eine dotierte Schicht auf, deren Dotierungskonzentration höher ist als die Grunddotierungskonzentration der Absorberschicht.According to a first aspect of the present invention, a heterojunction solar cell is proposed, which comprises an absorber layer of silicon with a basic doping and at least one heterojunction layer of a doped semiconductor material, whose Band gap is different from that of the silicon of the absorber layer has. In this case, the absorber layer has at a boundary surface directed toward the heterojunction layer a doped layer whose doping concentration is higher than the basic doping concentration of the absorber layer.

Dieser erste Aspekt der vorliegenden Erfindung kann als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden:This first aspect of the present invention may be considered as based on the following idea:

Ausgehend von den weiter oben beschriebenen herkömmlichen Heterojunction- Solarzellen besteht eine Weiterentwicklung darin, dass eine in sich bezüglich ihrer Grunddotierung im Wesentlichen homogen dotierte Absorberschicht an ihrer Grenzfläche nicht mehr abrupt in eine ebenfalls in sich wiederum im Wesentlichen homogen dotierte Heterojunction- Schicht übergeht, sondern dass die Dotierungskonzentration innerhalb der Absorberschicht sich hin zu der Grenzfläche zu der Heterojunction- Schicht ändert, vorzugsweise kontinuierlich. In der Absorberschicht herrscht somit in der Nähe von deren Oberfläche eine erhöhte Dotandenkonzentration.On the basis of the conventional heterojunction solar cells described above, a further development is that an absorber layer that is essentially homogeneously doped with respect to its basic doping no longer abruptly changes into a heterojunction layer, which in turn is essentially homogeneously doped, at its interface the doping concentration within the absorber layer changes towards the interface with the heterojunction layer, preferably continuously. In the absorber layer, there is therefore an increased dopant concentration near its surface.

Beispielsweise ist die für die Wirkungsweise einer Solarzelle optimale Dotandenkonzentration der Grunddotierung im eigentlichen Absorber typischerweise im Bereich von IxIO¹⁴Cm^"3 bis IxIO¹⁶Cm^"3, kann aber auch geringer sein, so dass der Absorber im Extremfall auch aus intrinsischem Material bestehen kann. An einer Oberfläche der Absorberschicht, die später die Grenzfläche zur benachbarten Heterojunction-Schicht oder, alternativ, zu einer zusätzlich dazwischen angeordneten intrinsischen Schicht bildet, wird lokal oder ganzflächig eine Schicht mit erhöhter und beispielsweise zur Grenzfläche hin zunehmender Dotierungskonzentration, mit einer maximalen Dotierungskonzentration beispielsweise im Bereich von IxIO¹⁷Cm^"3 bis IxIO¹⁹Cm^"3 ausgebildet. Die Dicke dieser vergleichsweise stark dotierten Schicht wird gering gewählt, beispielsweise kleiner als 2 μm, so dass die aufgrund der erhöhten Dotierung verstärkte Rekombination innerhalb des verhältnismäßig geringen Volumenanteils dieser Schicht am Gesamtvolumen des Absorbers keinen signifikanten Beitrag zur Gesamtrekombination in dem Absorber liefert.For example, the optimum for the mode of action of a solar cell dopant concentration of the basic doping in the actual absorber is typically in the range of IxIO ¹⁴ Cm ^"3 to IxIO ¹⁶ Cm ^{" 3} , but may also be lower, so that the absorber can in extreme cases also consist of intrinsic material. On one surface of the absorber layer, which later forms the interface with the adjacent heterojunction layer or, alternatively, with an additionally arranged intrinsic layer, is locally or over the entire surface a layer with increased and, for example, towards the interface increasing doping concentration, with a maximum doping concentration, for example Area of IxIO ¹⁷ Cm ^"3 to IxIO ¹⁹ Cm ^{" 3} trained. The thickness of this comparatively heavily doped layer is selected to be low, for example, less than 2 μm, so that the recombination increased within the area due to the increased doping relatively low volume fraction of this layer on the total volume of the absorber provides no significant contribution to the total recombination in the absorber.

Der sich durch das oberflächennahe Dotierprofil ergebende „Feldeffekt" führt allerdings dazu, dass eine Sorte der Ladungsträger, das heißt entweder die Löcher oder die Elektronen, von Oberflächen-Defektzuständen, wie sie beispielsweise an der Grenzfläche zwischen der Absorberschicht und der Heterojunction- Schicht auftreten, ferngehalten werden. Dieser Effekt wird auch als „Feldeffektpassivierung" bezeichnet und impliziert eine physikalische Beschreibung der effektiven Oberflächenpassivierung, die auf einem elektrischen Feld basiert. Die Oberflächen-nahe hohe Dotierung führt dabei zu einer entsprechenden Bandverbiegung, die ein dementsprechendes Oberflächen-nahes elektrisches Feld bewirkt, das wiederum eine Sorte der Ladungsträger davon abhält, die Oberfläche und die dort befindlichen Rekombinationszentren zu erreichen.However, the "field effect" resulting from the near-surface doping profile leads to one type of charge carrier, that is to say either the holes or the electrons, from surface defect states, as occur, for example, at the interface between the absorber layer and the heterojunction layer, This effect is also called "field effect passivation" and implies a physical description of the effective surface passivation based on an electric field. The surface-near high doping leads to a corresponding band bending, which causes a corresponding surface-near electric field, which in turn prevents a sort of charge carriers from reaching the surface and the recombination centers located there.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass eine solche „Feldeffektpassivierung" vorteilhaft bei der Ausbildung bzw. Herstellung von Heterojunction-Solarzellen verwendet werden kann. Dadurch, dass aufgrund des Feldeffekts Ladungsträger von der Grenzfläche zwischen Absorberschicht und Heterojunction-Schicht ferngehalten werden können, können geringere Anforderungen an die Passivierungseigenschaften der Heterojunction-Schicht bzw. an die Qualität der Grenzfläche gestellt werden. Während bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen, wie sie beispielsweise in Fig. Ia gezeigt sind, sowohl die Rekombination aufgrund von Störstellen an der Grenzfläche zwischen der Absorberschicht und der Heterojunction-Schicht wie auch die Rekombination innerhalb des Volumens der Heterojunction-Schicht wesentlichen Einfluss auf die Gesamteigenschaften der jeweiligen Heterojunction-Solarzelle und insbesondere auf ihre offene-Klemmen-Spannung, haben, sind diese Einflüsse bei der hier vorgeschlagenen Heterojunction-Solarzelle stark abgemildert. Die innerhalb der Absorberschicht generierten Ladungsträger können aufgrund des Feldeffekts, der durch die Oberflächen-nahe starke Dotierung bewirkt wird, größtenteils nicht mehr zur Oberfläche des Absorbers diffundieren und an den dort befindlichen Rekombinationszentren rekombinieren. Die Anforderung bezüglich einer sehr geringen Oberflächenrekombination an der Grenzfläche zwischen der Absorberschicht und der Heterojunction-Schicht, wie sie herkömmlicherweise hauptsächlich dadurch erreicht werden sollen, dass möglichst wenige Rekombinationszentren sowohl an der Grenzfläche wie auch innerhalb der Heterojunction-Schicht bestehen sollen, was wiederum dadurch erreicht werden kann, dass die Heterojunction-Schicht möglichst defektfrei - und somit langsam und kostenintensiv - abgeschieden werden sollte oder eine zusätzlich intrinsische Schicht zwischen die Absorberschicht und die Heterojunction-Schicht zwischengelagert werden sollte, können somit vermindert werden.The inventors of the present invention have recognized that such "field effect passivation" can be used to advantage in the formation of heterojunction solar cells, because charge carriers can be kept away from the interface between absorber layer and heterojunction layer due to the field effect While in conventional heterojunction solar cells, as shown for example in Fig. Ia, both the recombination due to impurities at the interface between the absorber layer and the Heterojunction layer as well as the recombination within the volume of the heterojunction layer have significant influence on the overall properties of the respective heterojunction solar cell, and in particular their open-terminal voltage, these influences are in the hie r proposed heterojunction solar cell greatly mitigated. The charge carriers generated within the absorber layer can largely no longer diffuse to the surface of the absorber due to the field effect which is caused by the near-surface heavy doping and recombine at the recombination centers located there. The requirement for a very low surface recombination at the interface between the absorber layer and the heterojunction layer, as conventionally to be achieved mainly in that as few recombination centers as possible should exist both at the interface and within the heterojunction layer, which in turn achieves this can be that the heterojunction layer should be as defect-free - and thus slowly and costly - should be deposited or an additional intrinsic layer between the absorber layer and the heterojunction layer should be stored, can thus be reduced.

Daher erscheint es bei den hier vorgeschlagenen Heterojunction-Solarzellen möglich, die derzeit bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen meist integrierte, zwischengelagerte intrinsische Schicht weglassen zu können oder zumindest dünner ausgestalten zu können, ohne dass es zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Solarzelle käme. Dies kann dazu beitragen, dass der bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen aufgrund der zwischengelagerten intrinsischen Schicht auftretende Serienwiderstand wegfallen würde bzw. verringert würde, was zu einer Steigerung des Füllfaktors und damit des Wirkungsgrades der Solarzelle führen kann.Therefore, it seems possible in the case of the heterojunction solar cells proposed here to be able to omit the currently mostly integrated, interposed, stored intrinsic layer in conventional heterojunction solar cells, or at least make them thinner, without there being any deterioration in the electrical properties of the solar cell. This can contribute to the fact that the series resistance occurring in conventional heterojunction solar cells due to the interposed intrinsic layer would be eliminated or reduced, which can lead to an increase in the fill factor and thus the efficiency of the solar cell.

Ein weiterer vorteilhafter Effekt bei der hierin beschriebenen Heterojunction-Solarzelle kann in dem folgenden Umstand gesehen werden. Bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen, bei denen die Heterojunction-Schicht als Emitter und die Absorberschicht als Basis ausgestaltet sind, befindet sich die am entstehenden pn-Übergang sich ausbildende Raumladungszone, in der die Elektronen- und Löcherkonzentration sich einander entsprechen, im Bereich der Grenzfläche zwischen der Absorberschicht und der Heterojunction-Schicht. Die an dieser Grenzfläche quasi unvermeidlich auftretenden Grenzflächendefektzustände liegen daher in der gegenüber Rekombination besonders empfindlichen Raumladungszone. Bei der hier vorgestellten Heterojunction-Solarzelle wird jedoch die Position des pn-Übergangs von derjenigen der Heterojunction entkoppelt. Der Emitter wird hierbei nämlich nicht lediglich durch die Heterojunction-Schicht gebildet, sondern zusätzlich auch durch die in die Absorberschicht Oberflächen-nah eingebrachte dotierte Schicht, die in dieser speziellen Ausgestaltung ebenfalls einen Teil des Emitters bildet. Der eigentliche pn-Übergang wird somit in den Defekt-armen Bereich der Absorberschicht verlagert.Another advantageous effect in the heterojunction solar cell described herein can be seen in the following circumstance. In conventional heterojunction solar cells, in which the heterojunction layer is designed as emitter and the absorber layer as a base, is located at the resulting pn junction forming space charge zone in which the electron and hole concentration correspond to each other, in the region of the interface between the absorber layer and the heterojunction layer. The interfacial defect states which occur virtually inevitably at this interface are therefore in the space charge zone which is particularly sensitive to recombination. In the heterojunction solar cell presented here, however, the position of the pn junction is decoupled from that of the heterojunction. Of the Namely emitter is formed here not only by the heterojunction layer, but in addition by the introduced into the absorber layer close to the surface doped layer, which also forms part of the emitter in this particular embodiment. The actual pn junction is thus shifted to the defect-poor region of the absorber layer.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile von Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Solarzelle werden im Anschluss erläutert.Further features, details and possible advantages of embodiments of the solar cell according to the invention are explained below.

Die Absorberschicht kann eine beliebige Schicht aus in einer Grunddotierung dotiertem Silizium sein. Dabei kann die Grunddotierung z.B. in einem Bereich von 10¹⁶cm^~3 sein, sie kann aber auch geringer sein, im Extremfall sogar so gering, beispielsweise Bereich von 10¹³cm^"3 , dass von intrinsischem Silizium ausgegangen werden kann. Die Absorberschicht kann in Form eines Siliziumwafers bereitgestellt sein. Alternativ kann die Absorberschicht auch als Silizium-Dünnschicht bereitgestellt sein. Die Absorberschicht weist eine Dicke derart auf, dass ein wesentlicher Anteil von eingestrahltem Licht, insbesondere Sonnenlicht, innerhalb der Absorberschicht absorbiert wird. Beispielsweise kann die Absorberschicht eine Dicke von mehr als 5 μm, vorzugsweise mehr als 20 μm und, im Falle eines Siliziumwafers, vorzugsweise mehr als 100 μm aufweisen.The absorber layer can be any desired layer of silicon doped in a basic doping. In this case, the basic doping may be, for example, in a range of 10 ¹⁶ cm ^-3 , but it may also be lower, in extreme cases even as low as, for example, 10 ¹³ cm ^-3 so that intrinsic silicon can be assumed Alternatively, the absorber layer can also be provided as a silicon thin film The absorber layer has a thickness such that a significant portion of irradiated light, in particular sunlight, is absorbed within the absorber layer more than 5 microns, preferably more than 20 microns and, in the case of a silicon wafer, preferably more than 100 microns.

Die Absorberschicht kann mit beliebigen Dotanden dotiert sein. Beispielsweise kann das Silizium der Absorberschicht mit Bor dotiert sein, so dass sich p-Typ-Silizium ergibt. Alternativ kann Phosphor eindotiert werden, so dass sich n-Typ-Silizium ergibt.The absorber layer can be doped with any desired dopants. By way of example, the silicon of the absorber layer can be doped with boron, so that p-type silicon results. Alternatively, phosphorus can be doped to give n-type silicon.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Absorberschicht kristallines Silizium, auch als c-Si bezeichnet, auf. Es können dabei verschiedene Kristallinitäten wie zum Beispiel monokristallines, multikristallines oder polykristallines Silizium verwendet werden. Kristallines Silizium hat, im Vergleich beispielsweise zu amorphem Silizium, eine geringe Dichte an Störstellen, die als Rekombinationszentren wirken könnten, und weist somit eine hohe elektronische Qualität auf.According to one embodiment of the present invention, the absorber layer comprises crystalline silicon, also referred to as c-Si. Different types of crystallinity can be used, such as monocrystalline, multicrystalline or polycrystalline silicon. Crystalline silicon has, for example, compared to amorphous silicon, a low density of impurities that could act as recombination centers, and thus has a high electronic quality.

Die Heterojunction-Schicht unterscheidet sich von der Absorberschicht insbesondere hinsichtlich des für sie verwendeten dotierten Halbleitermaterials. Die Bandlücke des Halbleitermaterials der Heterojunction-Schicht unterscheidet sich von derjenigen des Siliziums der Absorberschicht. Dieser Unterschied kann sowohl in der Größe der Bandlücke als auch in der energetischen Lage der Bandlücke, beispielsweise bezogen auf das Fermi- Energieniveau, bestehen. In der Regel ist die Bandlücke der Heterojunction-Schicht größer als diejenige der Absorberschicht. Dementsprechend kann das Halbleitermaterial der Heterojunction sowohl Silizium aufweisen, allerdings mit einer anderen Dotierung als das Silizium der Absorberschicht oder mit einer anderen Struktur oder Kristallinität, oder es kann völlig andere Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Germanium, Galliumarsenid, etc. aufweisen.The heterojunction layer differs from the absorber layer, in particular with regard to the doped semiconductor material used for it. The bandgap of the semiconductor material of the heterojunction layer is different from that of the silicon of the absorber layer. This difference can be both in the size of the band gap and in the energetic position of the band gap, for example based on the Fermi energy level. In general, the band gap of the heterojunction layer is greater than that of the absorber layer. Accordingly, the semiconductor material of the heterojunction may comprise both silicon, but with a different doping than the silicon of the absorber layer or with a different structure or crystallinity, or it may have completely different semiconductor materials such as germanium, gallium arsenide, etc.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Heterojunction-Schicht amorphes Silizium auf. Solches amorphes Silizium weist eine größere Bandlücke (E_gap=l,5 - 2,1 eV je nach Herstellung) auf als diejenige von kristallinem Silizium (E_gap=l,l eV). Insbesondere wenn die Heterojunction-Schicht als Emitterschicht mit einer an der Absorberschicht entgegengesetzten Dotierung ausgebildet wird, kann sich die Verwendung von amorphem Silizium vorteilhaft auf die offene-Klemmen-Spannung der Solarzelle auswirken. Alternativ kann sich auch das Ausbilden eines BSF mittels einer Heterojunction- Schicht aus amorphem Silizium vorteilhaft auf die offene-Klemmen-Spannung wirken.According to one embodiment of the present invention, the heterojunction layer comprises amorphous silicon. Such amorphous silicon has a larger band gap (E _gap = 1, 5 - 2.1 eV depending on the preparation) than that of crystalline silicon (E _gap = l, l eV). In particular, if the heterojunction layer is formed as an emitter layer with a doping opposite to the absorber layer, the use of amorphous silicon may have an advantageous effect on the open-terminal voltage of the solar cell. Alternatively, the formation of a BSF by means of a Heterojunction- layer of amorphous silicon may also act advantageously on the open-terminal voltage.

Es können eine oder mehrere Heterojunction-Schichten an verschiedenen Teiloberflächen der Absorberschicht vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine als Emitter dienende Heterojunction-Schicht an einer Vorderseite und/oder alternativ an einer Rückseite der Absorberschicht angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine als BSF dienende Heterojunction-Schicht an Teiloberflächen der Absorberschicht angeordnet sein. Die Dicke der Heterojunction- Schicht kann dabei wesentlich geringer sein als die Dicke der Absorberschicht und beispielsweise weniger als 1 μm, vorzugsweise weniger als lOOnm und stärker bevorzugt im Bereich von 5 - 50nm betragen.One or more heterojunction layers may be provided on different sub-surfaces of the absorber layer. For example, a heterojunction layer serving as an emitter may be arranged on a front side and / or alternatively on a rear side of the absorber layer. Alternatively or additionally, a heterojunction layer serving as BSF may be arranged on partial surfaces of the absorber layer. The thickness of the heterojunction layer can be substantially less than the thickness of the absorber layer and, for example, less than 1 .mu.m, preferably less than 100 nm and more preferably in the range of 5 to 50 nm.

Die Absorberschicht unterscheidet sich von derjenigen, wie sie bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen verwendet wird, unter anderem dadurch, dass an einer zu der Heterojunction- Schicht gerichteten Grenzfläche zusätzliche Dotanden eingebracht sind, um eine dotierte Schicht, deren Dotierungskonzentration höher ist als dieThe absorber layer differs from that used in conventional heterojunction solar cells, inter alia, in that additional dopants are introduced at an interface directed to the heterojunction layer, around a doped layer whose doping concentration is higher than that

Grunddotierungskonzentration der Absorberschicht, zu erzeugen. Die stärker dotierte Schicht ist somit Teil der Absorberschicht, weist aber eine höhere Dotandenkonzentration auf als der Rest der Absorberschicht. Der Dotandentyp und die Dotandenkonzentration kann dabei so gewählt sein, dass sich im Bereich des Dotierprofils der gleiche Halbleitertyp einstellt wie in der Heterojunction-Schicht. Dies bedeutet mit anderen Worten, wenn die Heterojunction- Schicht beispielsweise als Emitterschicht mit einem der Absorberschicht entgegengesetzten Halbleitertyp ausgebildet ist, können an der Grenzschicht zwischen Absorberschicht und Heterojunction-Schicht zusätzliche Dotanden derart eingebracht werden, dass beispielsweise die homogene Grunddotierung der Absorberschicht lokal im Bereich der Grenzfläche überkompensiert wird und sich somit dort ein Emitter-artiges Dotierprofil einstellt. Alternativ kann, wenn die Heterojunction-Schicht beispielsweise als BSF mit einer der Absorberschicht vom Halbleitertyp her entsprechenden Dotierung ausgebildet ist, lediglich die Grunddotierung der Absorberschicht lokal im Bereich der Grenzschicht erhöht werden.Basic doping concentration of the absorber layer to produce. The more heavily doped layer is thus part of the absorber layer, but has a higher dopant concentration than the rest of the absorber layer. The dopant type and the dopant concentration can be selected such that the same type of semiconductor is established in the region of the doping profile as in the heterojunction layer. In other words, if the heterojunction layer is formed, for example, as an emitter layer with a semiconductor type opposite to that of the absorber layer, additional dopants can be introduced at the boundary layer between the absorber layer and the heterojunction layer in such a way that, for example, the homogeneous basic doping of the absorber layer is local in the region of Boundary is overcompensated and thus adjusts an emitter-like doping there. Alternatively, if the heterojunction layer is formed, for example, as BSF with a doping corresponding to the absorber layer of the semiconductor type, only the basic doping of the absorber layer locally in the region of the boundary layer can be increased.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die dotierte Schicht innerhalb der Absorberschicht eine maximale Dotandenkonzentration von zwischen IxIO¹⁷Cm^"3 und IxIO²⁰Cm^"3, vorzugsweise von IxIO¹⁸Cm^"3 und IxIO¹⁹Cm^"3 auf. Eine solche maximale Dotandenkonzentration kann einerseits dazu führen, dass aufgrund des entstehenden Feldeffekts im Innern der Absorberschicht generierte Ladungsträger von der Grenzfläche zur Heterojunction-Schicht ferngehalten werden, andererseits ist die Dotandenkonzentration niedrig genug, so dass die zusätzliche Ladungsträgerrekombination, wie sie in stark dotierten Halbleiterbereichen auftritt, gering gehalten wird, insbesondere die Tiefe des Dotierprofüs gering genug gehalten wird.According to one embodiment of the present invention, the doped layer within the absorber layer has a maximum dopant concentration of between IxIO ¹⁷ Cm ^"3 and IxIO ²⁰ Cm ^{" 3} , preferably of IxIO ¹⁸ Cm ^"3 and IxIO ¹⁹ Cm ^{" 3} . On the one hand, such a maximum dopant concentration may result in charge carriers generated in the interior of the absorber layer due to the resulting field effect being kept away from the interface with the heterojunction layer. On the other hand, the dopant concentration is low enough that the additional charge carrier recombination, as it occurs in heavily doped semiconductor regions, is kept low, in particular the depth of the doping profile is kept low enough.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die dotierte Schicht ein Dotierprofil (23, 25) mit einer in einer Richtung von der Grenzfläche weg gerichtet abnehmenden Dotandenkonzentration auf. Mit anderen Worten ist die Dotierung in einem Bereich weiter im Innern der Absorberschicht geringer als weiter zu deren Oberfläche hin.According to another embodiment of the present invention, the doped layer has a doping profile (23, 25) with a dopant concentration decreasing in a direction away from the interface. In other words, the doping is lower in a region further inside the absorber layer than further towards its surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die dotierte Schicht ein Dotierprofil auf, wie es durch Diffusionsprozesse erzeugt wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Dotandenkonzentration in einer Richtung weg von der Grenzfläche in einer Weise abnimmt, wie dies typisch ist bei durch Eindiffundieren von Dotanden erzeugten Diffusionsprofilen. Solche Dotierprofile sind einerseits mit Standardtechniken in Siliziumwafern einfach herzustellen und haben sich andererseits aufgrund ihrer vorteilhaften elektronischen Eigenschaften seit langem bei der Herstellung von Homojunction-Solarzellen bewährt.According to another embodiment of the present invention, the doped layer has a doping profile as produced by diffusion processes. In other words, this means that the dopant concentration decreases in a direction away from the interface in a manner that is typical for diffusion profiles generated by in-diffusion of dopants. On the one hand, such doping profiles are easy to produce using standard techniques in silicon wafers and, on the other hand, have long been proven in the production of homojunction solar cells because of their advantageous electronic properties.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die dotierte Schicht eine Tiefe von weniger als 3 μm, vorzugsweise weniger als 1 μm und stärker bevorzugt weniger als 0,5 μm auf. Das Dotierprofil kann somit eine Dicke bzw. Tiefe aufweisen, die wesentlich geringer ist als die Dicke der Absorberschicht und die weiterhin bevorzugt auch geringer ist als die Dicke der Heterojunction-Schicht.According to another embodiment of the present invention, the doped layer has a depth of less than 3 μm, preferably less than 1 μm, and more preferably less than 0.5 μm. The doping profile can thus have a thickness or depth which is substantially less than the thickness of the absorber layer and which, furthermore, is preferably also less than the thickness of the heterojunction layer.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grenzt die Heterojunction-Schicht direkt an die Absorberschicht an. Wie weiter oben beschrieben, wurde bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen häufig eine intrinsische Halbleiterschicht zwischen die Absorberschicht und die Heterojunction-Schicht zwischengelagert, um Rekombinationsverluste an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten zu vermindern. Aufgrund des hier vorgeschlagenen Dotierprofϊls im Grenzflächen-nahen Bereich der Absorberschicht und des damit verbundenen Feldeffektes kann bei der vorgeschlagenen Heterojunction-Solarzelle vorteilhafterweise jedoch auf das Vorsehen einer zusätzlichen Schicht aus intrinsischem Halbleitermaterial verzichtet werden, ohne dass es zu wesentlichen Verlusten im Solarzellen- Wirkungsgrad aufgrund von Grenzflächen-Rekombination käme. Es wird jedoch daraufhingewiesen, dass ergänzend zusätzlich eine zwischen die Heterojunction- Schicht und die Absorberschicht zwischengelagerte Schicht aus intrinsischem Halbleitermaterial vorgesehen sein kann.According to another embodiment of the present invention, the heterojunction layer directly adjoins the absorber layer. As described above, conventional heterojunction solar cells often have an intrinsic semiconductor layer interposed between the absorber layer and the heterojunction layer to reduce recombination losses at the interface between the two layers. Due to the doping profile proposed here in the interface-near region of the absorber layer and the field effect associated therewith, however, the proposed heterojunction solar cell can advantageously dispense with the provision of an additional layer of intrinsic semiconductor material without significant losses in the solar cell efficiency due to Interface recombination would come. It should be noted, however, that in addition a layer of intrinsic semiconductor material interposed between the heterojunction layer and the absorber layer may additionally be provided.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Heterojunction-Solarzelle vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Absorberschicht aus im Wesentlichen in einer Grunddotierung homogen dotiertem Silizium; Einbringen von Dotanden in die Absorberschicht zur Erzeugung einer dotierten Schicht, deren Dotierungskonzentration höher ist als die Grunddotierungskonzentration der Absorberschicht; und Abscheiden einer Heterojunction- Schicht aus einem dotierten Halbleitermaterial, dessen Bandlücke sich von derjenigen des Siliziums der Absorberschicht unterscheidet, an der Oberfläche der Absorberschicht.According to a further aspect of the present invention, a method for producing a heterojunction solar cell is proposed, wherein the method comprises the following steps: providing an absorber layer of silicon homogeneously doped substantially in a basic doping; Introducing dopants into the absorber layer to produce a doped layer whose doping concentration is higher than the base doping concentration of the absorber layer; and depositing a heterojunction layer of a doped semiconductor material whose bandgap differs from that of the silicon of the absorber layer at the surface of the absorber layer.

Die Formulierung „im Wesentlichen homogen dotiertes Silizium" für die Absorberschicht kann hierbei derart verstanden werden, dass das Silizium, das als Grundmaterial für die Absorberschicht verwendet wird, nicht gezielt mit einem Dotierprofil versehen sein soll. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass die Dotandenkonzentration innerhalb des für die Absorberschicht verwendeten Siliziums lokal geringfügig variiert, wie dies insbesondere aufgrund von äußeren und intrinsischen Einflüssen bei der Herstellung des Siliziums teilweise unvermeidbar ist. Beispielsweise sollte die Dotandenkonzentration innerhalb des im Wesentlichen homogen dotierten Siliziums um nicht mehr als eine Größenordnung schwanken. Die Dotanden zur Erzeugung der Oberflächen-nahen stärker dotierten Schicht innerhalb der Absorberschicht können auf verschiedene Arten eingebracht werden. Vorzugsweise werden die Dotanden durch Eindiffundieren eingebracht. Hierzu können Dotanden beispielsweise in gasförmiger, flüssiger oder fester Form in die Nähe der Oberfläche der Absorberschicht gebracht werden und bei erhöhten Temperaturen in das Material der Absorberschicht oberflächlich eindiffundiert werden.The expression "substantially homogeneously doped silicon" for the absorber layer can be understood in this case such that the silicon used as the base material for the absorber layer should not be intentionally provided with a doping profile, but it should not be ruled out that the dopant concentration locally varies slightly within the silicon used for the absorber layer, which is partially unavoidable, in particular due to external and intrinsic influences in the production of the silicon For example, the dopant concentration within the substantially homogeneously doped silicon should not vary more than an order of magnitude. The dopants for producing the surface-near, more heavily doped layer within the absorber layer can be introduced in various ways. Preferably, the dopants are introduced by diffusion. For this purpose, dopants can be brought, for example in gaseous, liquid or solid form in the vicinity of the surface of the absorber layer and be superficially diffused at elevated temperatures in the material of the absorber layer.

Nachdem das zusätzliche Dotierprofil erzeugt wurde, kann dann die Heterojunction- Schicht insbesondere dort, wo zuvor die zusätzlichen Dotanden eingebracht wurden, an der Oberfläche der Absorberschicht abgeschieden werden. Dies kann mit Hilfe beliebiger Beschichtungs- oder Epitaxie- Verfahren, wie zum Beispiel chemischer Gasphasenabscheidung (CVD - chemical vapour deposition), insbesondere Plasmaunterstützter CVD (PECVD - plasma enhanced CVD), physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD - physical vapour deposition) oder Flüssigphasenepitaxie (LPE - liquid phase epitaxy) geschehen.After the additional doping profile has been produced, the heterojunction layer can then be deposited on the surface of the absorber layer, particularly where the additional dopants were previously introduced. This can be achieved by any of various coating or epitaxy techniques, such as chemical vapor deposition (CVD), in particular Plasma Enhanced CVD (PECVD), Physical Vapor Deposition (PVD), or Liquid Phase Epitaxy (LPE). liquid phase epitaxy) happen.

Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung hauptsächlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Heterojunction-Solarzelle beschrieben wurden. Ein Fachmann wird jedoch aus der vorangehenden und auch aus der nachfolgenden Beschreibung erkennen, dass, sofern dies nicht anders angegeben ist, die Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung auch analog auf das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für eine Heterojunction-Solarzelle übertragen werden können und umgekehrt. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen auch in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden.It is noted that the embodiments, features and advantages of the invention have been described mainly with respect to the heterojunction solar cell according to the invention. However, one skilled in the art will recognize from the foregoing and also from the following description that, unless stated otherwise, the embodiments and features of the invention can also be analogously applied to the production process for a heterojunction solar cell according to the invention and vice versa. In particular, the features of the various embodiments can also be combined with one another in any desired manner.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfϊndung beschränkend auszulegen ist, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which are not intended to be exhaustive The invention is to be interpreted as limiting, and with reference to the accompanying drawings.

Fig. Ia zeigt in Querschnittsdarstellung eine herkömmliche Heterojunction-Solarzelle.Fig. Ia shows in cross-section a conventional heterojunction solar cell.

Fig. Ib zeigt das Dotierprofil der in Fig. 1 dargestellten Heterojunction-Solarzelle.FIG. 1b shows the doping profile of the heterojunction solar cell shown in FIG.

Fig. 2a zeigt in Querschnittsdarstellung eine weitere herkömmliche Heterojunction-Solarzelle mit integrierten intrinsischen Halbleiterschichten.FIG. 2 a shows in cross-section a further conventional heterojunction solar cell with integrated intrinsic semiconductor layers.

Fig. 2b zeigt das Dotierprofil der in Fig. 2a dargestellten Heterojunction-Solarzelle.FIG. 2b shows the doping profile of the heterojunction solar cell shown in FIG. 2a.

Fig. 3a zeigt in Querschnittsdarstellung eine Heterojunction-Solarzelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.3a shows a cross-sectional representation of a heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention.

Fig. 3b zeigt das Dotierprofil der in Fig. 3a dargestellten Heterojunction-Solarzelle.FIG. 3b shows the doping profile of the heterojunction solar cell shown in FIG. 3a.

Fig. 4a zeigt in Querschnittsdarstellung eine Heterojunction-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit integrierten intrinsischen Halbleiterschichten.FIG. 4 a shows a cross-sectional representation of a heterojunction solar cell according to a further embodiment of the present invention with integrated intrinsic semiconductor layers.

Fig. 4b zeigt das Dotierprofil der in Fig. 4a dargestellten Heterojunction-Solarzelle.FIG. 4b shows the doping profile of the heterojunction solar cell shown in FIG. 4a.

Alle Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. In den Figuren sind ähnliche oder gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen beziffert. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFUHRUNGSFORMENAll figures are only schematic and not to scale. In the figures, similar or like elements are numbered with like reference numerals. DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Fig. 3a zeigt eine Heterojunction-Solarzelle 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Absorberschicht 3 aus kristallinem Silizium ist, wie in dem in Fig. 3b dargestellten Diffusionspro fil schematisch dargestellt, in einem zentralen Bereich 21 homogen p-Typ-artig dotiert. In Oberflächen-nahen Bereichen ist zusätzlich eine dotierte Schicht 23, 25 mit einem Dotierprofil eingebracht. Wie in Fig. 3b klar zu erkennen und auch durch die Art der Schraffierung in Fig. 3a schematisch dargestellt, nimmt die Dotandenkonzentration C jeweils von der Grenzfläche 13, 15 der Absorberschicht 3 weg und hin zum Innern der Absorberschicht 3 gerichtet ab. Die in Fig. 3b (und Ib, 2b und 4b) gewählte Art der Darstellung der Dotierungskonzentration ist so zu verstehen, dass nach links vom Zentrum des Graphen die Dotierkonzentration des einen Typs (beispielsweise n-Typ) dargestellt wird und nach rechts von Zentrum des Graphen die Dotierkonzentration des anderen Typs. Der Dotierungstyp ist dabei in Fig. 3 und 3b im vorderseitigen Bereich 23 dem Dotierungstyp im zentralen Bereich 21 entgegengesetzt und weist somit gegenüber dem Basis-artigen zentralen Bereich 21 Emitter-artige Eigenschaften auf. Der Dotierungstyp im rückseitigen Bereich 25 entspricht demjenigen des zentralen Bereichs 21, so dass dort eine BSF-artiger Bereich gebildet wird.Fig. 3a shows a heterojunction solar cell 1 according to an embodiment of the present invention. An absorber layer 3 made of crystalline silicon is, as shown schematically in the diffusion profile shown in FIG. 3b, doped in a central region 21 in a homogeneous p-type manner. In areas close to the surface, a doped layer 23, 25 having a doping profile is additionally introduced. As can be clearly seen in FIG. 3 b and also shown schematically by the type of hatching in FIG. 3 a, the dopant concentration C decreases in each case away from the boundary surface 13, 15 of the absorber layer 3 and toward the interior of the absorber layer 3. The type of representation of the doping concentration selected in FIGS. 3b (and 1b, 2b and 4b) is to be understood as showing the doping concentration of one type (for example n-type) to the left of the center of the graph and to the right of the center of the Graphene the doping concentration of the other type. The doping type is opposite to the doping type in the central region 21 in FIGS. 3 and 3b in the front region 23 and thus has emitter-like properties compared to the base-like central region 21. The doping type in the rear region 25 corresponds to that of the central region 21, so that a BSF-like region is formed there.

Beispielsweise kann der homogen dotierte zentrale Bereich 21 bereits während der Herstellung des Absorbers, beispielsweise in Form eines kristallinen Siliziumwafers, mit Bor dotiert werden, wohingegen die zusätzlichen dotierten Bereiche 25, 23 durch nachträgliches Eindiffundieren von zusätzlichem Bor bzw. Phosphor erzeugt werden können. Auch im Wesentlichen nicht-dotierte Absorber sind einsetzbar.For example, the homogeneously doped central region 21 can already be doped with boron during the production of the absorber, for example in the form of a crystalline silicon wafer, whereas the additional doped regions 25, 23 can be produced by subsequent in-diffusion of additional boron or phosphorus. Substantially non-doped absorbers can also be used.

An die Grenzflächen 13, 15 des Absorbers 3 sind sowohl an der Vorderseite wie auch an der Rückseite Heterojunction- Schichten 5, 7 angelagert. Diese Schichten weisen jeweils eine in sich weitgehend homogene Dotierungskonzentration auf, der Dotierungstyp der jeweiligen Heterojunction- Schicht 5, 7 entspricht demjenigen Dotierungstyp, wie er an der jeweiligen Grenzfläche der Absorberschicht 3, an der die Heterojunction-Schicht 5, 7 angelagert ist, herrscht. Die Dotandenkonzentration innerhalb der vorderseitigen, Emitter-artigen Heterojunction-Schicht 5 ist wesentlich größer als die oberflächliche Dotandenkonzentration innerhalb des angrenzenden Bereichs 23 des in die Absorberschicht 3 eingebrachten Dotierprofils. Entsprechendes gilt für die an der Rückseite angeordnete, Basis-artige Heterojunction-Schicht 7.At the interfaces 13, 15 of the absorber 3 Heterojunction- layers 5, 7 are attached to both the front and on the back. These layers each have a substantially homogeneous doping concentration, the doping type of the respective Heterojunction- layer 5, 7 corresponds to that doping type, as it prevails at the respective interface of the absorber layer 3, to which the heterojunction layer 5, 7 is attached. The dopant concentration within the front-side, emitter-like heterojunction layer 5 is substantially greater than the surface dopant concentration within the adjacent region 23 of the doping profile introduced into the absorber layer 3. The same applies to the arranged at the back, base-like heterojunction layer. 7

Bei der in Fig. 4a/b gezeigten Heterojunction-Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist an der Vorderseite zwischen der Absorberschicht 3 und der Emitter-artigen Heterojunction-Schicht 5 eine zusätzliche intrinsische Schicht 9 zwischengelagert. Ferner ist an der Rückseite zwischen die Absorberschicht 3 und die Basis-artige Heterojunction-Schicht 7 eine zusätzliche intrinsische Schicht 11 zwischengelagert. Die intrinsischen Schichten 9, 11 können zu einer weiteren Reduzierung von Rekombinationsverlusten im Bereich des Übergangs von der Absorberschicht 3 hin zu einer der Heterojunction-Schichten 5, 7 beitragen. Ihr positiver Einfluss dürfte jedoch aufgrund des durch innerhalb der Absorberschicht 3 vorgesehenen zusätzlichen Dotierprofils und des durch dieses bewirkten Feldeffekts geringer sein als bei herkömmlichen Heterojunction-Solarzellen, wie sie beispielsweise in Fig. 2a dargestellt sind.In the heterojunction solar cell shown in FIG. 4 a / b according to a further embodiment of the present invention, an additional intrinsic layer 9 is interposed in the front between the absorber layer 3 and the emitter-like heterojunction layer 5. Furthermore, an additional intrinsic layer 11 is interposed between the absorber layer 3 and the base-like heterojunction layer 7 on the rear side. The intrinsic layers 9, 11 can contribute to a further reduction of recombination losses in the region of the transition from the absorber layer 3 to one of the heterojunction layers 5, 7. However, due to the additional doping profile provided by the absorber layer 3 and the field effect caused thereby, its positive influence is likely to be lower than in the case of conventional heterojunction solar cells, as illustrated, for example, in FIG. 2a.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „umfassen", „aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff „ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken. Finally, it is pointed out that the terms "comprise", "exhibit" etc. do not exclude the presence of further elements. The term "a" also does not exclude the presence of a plurality of articles The reference signs in the claims are for convenience of reference only and are not intended to limit the scope of the claims in any way.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E PATENT CLAIMS

1. Heterojunction-Solarzelle (1), aufweisend: eine Absorberschicht (3) aus Silizium mit einer Grunddotierungskonzentration; eine Heterojunctionschicht (5, 7) aus einem dotierten Halbleitermaterial, dessen Bandlücke sich von derjenigen des Siliziums der Absorberschicht (3) unterscheidet; wobei die Absorberschicht (3) an einer zu der Heterojunctionschicht (5, 7) gerichteten Grenzfläche eine dotierte Schicht (23, 25) aufweist, deren Dotierungskonzentration höher ist als die Grunddotierungskonzentration der Absorberschicht.A heterojunction solar cell (1) comprising: a silicon absorber layer (3) having a base doping concentration; a heterojunction layer (5, 7) of a doped semiconductor material whose bandgap differs from that of silicon of the absorber layer (3); wherein the absorber layer (3) has, at an interface facing the heterojunction layer (5, 7), a doped layer (23, 25) whose doping concentration is higher than the basic doping concentration of the absorber layer.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Absorberschicht (3) kristallines Silizium aufweist.2. Solar cell according to claim 1, wherein the absorber layer (3) comprises crystalline silicon.

3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Heterojunctionschicht (5, 7) amorphes Silizium aufweist.3. A solar cell according to claim 1 or 2, wherein the heterojunction layer (5, 7) comprises amorphous silicon.

4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dotierte Schicht (23, 25) innerhalb der Absorberschicht (3) eine maximale Dotandenkonzentration von zwischen IxIO¹⁷Cm^"3 und IxIO²⁰Cm^"3 aufweist.4. Solar cell according to one of claims 1 to 3, wherein the doped layer (23, 25) within the absorber layer (3) has a maximum dopant concentration of between IxIO ¹⁷ Cm ^"3 and IxIO ²⁰ Cm ^{" 3} .

5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die dotierte Schicht (23, 25) ein Dotierprofil mit einer in einer Richtung von der Grenzfläche weg gerichtet abnehmenden Dotandenkonzentration aufweist.The solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the doped layer (23, 25) has a doping profile with a dopant concentration decreasing in a direction away from the interface.

6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die dotierte Schicht (23, 25) ein sich durch Diffusionsprozesse ergebendes Dotierungssprofil aufweist. A solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the doped layer (23, 25) has a dopant profile resulting from diffusion processes.

7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die dotierte Schicht (23, 25) eine Tiefe von weniger als 2μm aufweist.7. The solar cell according to claim 1, wherein the doped layer has a depth of less than 2 μm.

8. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Heterojunctionschicht (5, 7) direkt an die Absorberschicht (3) angrenzt.8. Solar cell according to one of claims 1 to 7, wherein the heterojunction layer (5, 7) directly adjacent to the absorber layer (3).

9. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen die Heterojunctionschicht (5, 7) und die Absorberschicht (3) eine intrinsische Schicht (9) zwischengelagert ist.9. Solar cell according to one of claims 1 to 7, wherein between the heterojunction layer (5, 7) and the absorber layer (3) an intrinsic layer (9) is temporarily stored.

10. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Heterojunctionschicht (5, 7) und die dotierte Schicht (23, 25) der Absorberschicht (3) den gleichen Halbleitertyp aufweisen.10. The solar cell according to claim 1, wherein the heterojunction layer and the doped layer of the absorber layer have the same type of semiconductor.

11. Verfahren zur Herstellung einer Heterojunction-Solarzelle (1), wobei das Verfahren aufweist:11. A process for producing a heterojunction solar cell (1), the process comprising:

Bereitstellen einer Absorberschicht (3) aus im Wesentlichen mit einer Grunddotierung homogen dotiertem Silizium;Providing an absorber layer (3) of silicon substantially homogeneously doped with a basic doping;

Einbringen von Dotanden in die Absorberschicht zur Erzeugung einer dotiertenIntroducing dopants into the absorber layer to produce a doped one

Schicht (23, 25), deren Dotierungskonzentration höher ist als dieLayer (23, 25) whose doping concentration is higher than that

Grunddotierungskonzentration der Absorberschicht;Basic doping concentration of the absorber layer;

Abscheiden einer Heterojunctionschicht (5, 7) aus einem dotierten Halbleitermaterial, dessen Bandlücke sich von derjenigen des Siliziums der Absorberschicht (3) unterscheidet, an der Oberfläche der Absorberschicht (3).Depositing a Heterojunctionschicht (5, 7) of a doped semiconductor material whose band gap is different from that of the silicon of the absorber layer (3), on the surface of the absorber layer (3).

12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei die dotierte Schicht (23, 25) mit einem Dotierprofil mit einer in einer Richtung von einer Oberfläche der Absorberschicht (3) weg gerichtet abnehmenden Dotandenkonzentration erzeugt wird.A method according to claim 11, wherein the doped layer (23, 25) having a doping profile decreases in a direction away from a surface of the absorber layer (3) Dotandenkonzentration is generated.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Dotanden durch Eindiffundieren eingebracht werden. 13. The method of claim 11 or 12, wherein the dopants are introduced by diffusion.