WO2010149294A2 - Verfahren zur herstellung einer ewt-solarzelle - Google Patents

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WO2010149294A2
WO2010149294A2 PCT/EP2010/003583 EP2010003583W WO2010149294A2 WO 2010149294 A2 WO2010149294 A2 WO 2010149294A2 EP 2010003583 W EP2010003583 W EP 2010003583W WO 2010149294 A2 WO2010149294 A2 WO 2010149294A2
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Daniel Biro
Ralf Preu
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an EWT solar cell from a semiconductor substrate.
  • EWT solar cell emitter-wrap-through solar cell
  • semiconductor solar cell which has emitter regions both on the front side, which is designed for coupling in light, and on the rear side.
  • An EWT solar cell consists of a semiconductor substrate having a plurality of recesses, which extend from the front to the back side of the semiconductor substrate and are usually approximately cylindrical in shape, the cylinder axes being approximately perpendicular to the front side.
  • the regions not covered by emitters are doped opposite to the emitter regions, so that pn junctions form at the boundaries of the emitter regions.
  • a full-surface emitter is formed on the front side, and the rear side is also covered by partial or partial regions, at least at the regions of the rear side penetrated by a hole, by one or more emitter regions.
  • emitter regions are formed on the hole walls, so that an e- electrically conductive connection from the front emitter via the emitter to the hole walls to the back emitter.
  • EWT solar cells belong to the family of back-contact solar cells, d. H. Both the electrical contacting of the emitter, as well as the oppositely doped base region takes place on the back of the solar cell. Typically, charge carriers are removed by means of metallic contact structures. Rear-side contact solar cells therefore have the advantage that shadowing by metallization structures does not take place on the front side formed for coupling in the light.
  • the majority of the generation of electron and hole pairs occur near the front when illuminated. Therefore, a large number of highly doped junction emitters are required for charge carrier transport between the front and rear emitters in order to minimize series resistance losses. Furthermore, the back emitter must be contactable by the respective contact technology with low contact resistance, which requires a high doping concentration at the surface of the back emitter regions. On the other hand, the front-side emitter should have the lowest possible charge carrier recombination in the emitter region, in conjunction with the passivation layer or layers typically applied to the front side.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method for producing an EWT solar cell, can be produced in the emitter regions with different doping concentrations by a simplified process. Furthermore, the method should be distinguished by industrial applicability.
  • the method according to the invention thus serves for producing an EWT solar cell from a semiconductor substrate having a front side and a rear side.
  • the semiconductor substrate is doped with a first doping type and has a plurality of recesses, which extend in each case from the front to the back side of the semiconductor substrate. These are typically the initially mentioned approximately cylindrical holes. Likewise, however, other embodiments of the recesses are within the scope of the invention.
  • the method according to the invention comprises a method step A in which at least the following emitter regions of a second doping type opposite to the first doping type are generated in the semiconductor substrate: A front emitter at least partially covering the front side of the semiconductor substrate, a back emitter partially covering the back surface of the semiconductor substrate, and a plurality of connection emitters each at least partially covering the wall of a recess so that the front emitter is electrically conductively connected through the connection emitters connected to the back emitter.
  • Doping types here are the n-doping and the p-doping opposite thereto.
  • pn junctions are formed between the emitter regions and the oppositely doped adjacent regions of the semiconductor substrate.
  • the front emitter covers the front over the entire surface, but also is the partial coverage of the front by one or more front emitter within the scope of the invention.
  • each rear-side emitter is electrically conductively connected to a front-side emitter via a plurality of connection emitters.
  • a method step B at least one base contacting structure and at least one emitter contacting structure are respectively applied to the rear side of the semiconductor substrate, possibly via further intermediate layers.
  • the base-contacting structure is electrically conductively connected to at least one region of the semiconductor substrate not covered by emitters and the emitter-contacting structure to the backside emitter.
  • the EWT solar cell can thus be electrically connected to an external circuit or further solar cells.
  • a front side layer structure is applied to the front side of the semiconductor substrate.
  • the front side layer structure may hereby be made consist of only one or more superimposed layers.
  • the front side layer structure comprises at least one diffusion barrier layer which inhibits the passage of dopants and which contains no dopant of the second doping type and / or at least one front side doped layer which contains the dopant of the second doping type.
  • diffusion barrier layer here means that in a diffusion from the gas phase, although dopants penetrate through the diffusion barrier layer in the semiconductor substrate, but to a lesser extent than would be the case without diffusion barrier layer.
  • a diffusion is carried out by means of at least one dopant of the second doping type from the gas phase to produce at least the backside emitter and the connection emitter and this diffusion from the gas phase and the production of the front side emitter takes place in situ in a diffusion furnace ie without that as an intermediate step, a discharge from the process chamber of the diffusion furnace.
  • the doping profile of the front-side emitter is additionally selectable by the configuration of the front-side layer structure applied to the front side.
  • the front side layer structure comprises both a diffusion barrier layer and a front side doping layer.
  • the front-side layer structure comprises at least one diffusion barrier layer but no front-side doping layer.
  • the diffusion of the front side emitter thus takes place by means of dopants, which penetrate the diffusion barrier layer and dope the semiconductor substrate on the front side.
  • the lower doping of the front-side emitter is thus achieved in that the diffusion barrier layer inhibits the penetration of dopants into the front side of the semiconductor substrate, but does not completely suppress it. This results in a front side emitter which is less doped than the rear side emitter and the connection emitters.
  • the front side layer structure comprises a front side doping layer and intrusion of dopants from the gas phase through the front side layer structure into the semiconductor substrate is completely or substantially prevented.
  • the diffusion of the front side emitter is thus exclusively or substantially due to the dopants contained in the front side doping layer.
  • the inhibition of the penetration of the front side layer structure of dopants from the gas phase preferably takes place in such a way that the front side layer structure comprises at least one diffusion barrier layer applied to the front side doping layer, optionally via further intermediate layers, preventing the passage of dopants out of the gas phase.
  • the composition and thickness of the front-end doping layer can also be selected such that the front-end doping layer itself is a diffusion barrier layer for the gaseous-phase dopants.
  • the doping profile of the front side emitter is essentially predetermined by the choice of the front side doping layer, so that also
  • the doping profiles of rear side emitter and the connection emitters on the one hand and the front side emitter on the other hand can be specified essentially independently of one another and a front side emitter with a lower doping compared to the rear side emitter and the connection emitters is produced.
  • the method according to the invention is preferably used for the production of EWT solar cells from a silicon semiconductor substrate, in particular a p-doped silicon semiconductor substrate. Likewise, however, the production of EWT solar cells from other semiconductor substrates lies within the scope of this invention.
  • the front side layer structure is preferably applied by means of CVD (Chemical Vacuum Deposition), in particular preferably by means of PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).
  • CVD Chemical Vacuum Deposition
  • PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • the layers of the front-side layer structure in particular the front-side doping layer or the diffusion barrier layer, have thicknesses in the range between 20 nm and 100 nm.
  • the method according to the invention is formed in accordance with the second variant, in which the front-side layer structure comprises at least one front-side doping layer and a diffusion barrier layer optionally applied thereon via further intermediate layers.
  • the doping source on the front side is thus such that, with the same temperature-time profile for the diffusion process, a doping profile is formed on the front side, which differs from the doping profile of the rear side and the walls of the recesses.
  • the dopant content of the front doping layer and the process conditions in the diffusion from the gas phase into the diffusion furnace are selected such that depletion of the dopant of the front end dopant layer is achieved.
  • the front-end doping layer it is advantageous for the front-end doping layer to constitute a so-called "finite source” for the doping of the front side.
  • the doping concentration of the front-side emitter is thus essentially predetermined by the dopant content of the front-end dopant layer and is approximately independent of the process duration in the diffusion from the gas phase
  • diffusion from the gas phase provides sufficient dopant so that there is a substantially “infinite source” with respect to the back emitter and the compound emitter.
  • the second variant of the method according to the invention thus has the advantage of a particularly strong decoupling of the generation of the front side emitter on the one hand and the back side emitter and the connection emitter on the other hand, in particular using only one high-temperature step.
  • High-temperature step here means a process step at a temperature greater than 660 0 C, preferably greater than 800 0 C.
  • the production of a p-type EWT solar cell is advantageous, ie that the first doping type is a p-type doping and the second doping type is an n-type doping.
  • Investigations by the Applicant have shown that, in particular, a phosphorus-doped silicon oxide layer is suitable as a front side doping layer and a dopant-free silicon oxide layer as a diffusion barrier layer.
  • Silicon oxide layers are often applied in the production of solar cells for different uses, so that here, too, can be used on known methods and process equipment.
  • the term silicon oxide layer in this case comprises layers which, in addition to silicon and oxygen, may also contain further substances.
  • it is essential that the front side doping layer contains phosphorus and that the diffusion barrier layer contains no dopant, in particular no phosphorus. holds.
  • the front doping layer and the diffusion barrier layer are deposited by means of PECVD and the precursor liquid is TEOS (tetraethyl orthosilicate) or the gas silane is used as the oxide source.
  • the Verwednung the gas monophosphine (phosphine) is advantageous as a gaseous phosphorus source.
  • the combination with the precursor liquid TMPi listed below is also advantageous in order to allow less dangerous process control.
  • precursor liquid here refers to a liquid through which a carrier gas, preferably argon, is passed, which is preferably carried out by passing the carrier gas through the precursor liquid in a cooled evaporator unit.
  • a carrier gas preferably argon
  • TCTS Tetramethyltetracyclotetrasyloxan
  • TMPi 1 P OCH 3
  • These precursor liquids have the advantage that the use of liquids is easier to control and thus less dangerous than the usual use of silane or phosphine gas.
  • the front-side front-end doping layer is preferably 8% to 10% phosphorus, 5% to 10% carbon, 60% to 65% oxygen, and 15% to 20% silicon.
  • the diffusion barrier layer advantageously consists of 5% to 10% carbon, 60% to 65% oxygen and 25% to 35% silicon.
  • the front-end dopant layer has a thickness of less than 50 nm.
  • Layer thicknesses smaller than 50 nm have the advantage that, during the diffusion of the front side emitter from the front side doping layer, a depletion of the dopant occurs due to the small thickness and thus a lowly doped front side emitter is produced.
  • the dopant content in the front doping layer may be selected such that depletion occurs during diffusion.
  • a combination of the aforementioned advantageous composition of the front side doping layer with a layer thickness of less than 50 nm is advantageous for achieving the depletion.
  • the diffusion barrier layer is a silicon dioxide layer.
  • the silicon oxide layer formed as a diffusion barrier layer is preferably between 50 nm and 200 nm.
  • the diffusion barrier layer is advantageously applied by means of PECVD, silane (SiH 4 ) being used as the precursor gas and the diffusion barrier layer having a refractive index of 1.46 at 632 nm.
  • a diffusion barrier layer with the aforementioned property in the production of an EWT solar cell from a silicon semiconductor substrate has an optimal inhibiting effect of the passage of dopants, so that on the one hand when carrying out the diffusion from the gas phase sufficiently highly doped connection emitter and back emitter On the other hand, on the other hand, a lower doped front emitter with optimum doping profile is generated.
  • the doping concentration of the front-side emitter can be selected via the thickness of the diffusion barrier layer: a greater thickness leads to a greater inhibition of the passage of dopants and, in contrast, to a lower-doped front-side emitter.
  • the thickness of the diffusion barrier layer is preferably between 10 nm and 100 nm, advantageously between 27 nm and 35 nm, for layers applied by means of PECVD.
  • the recesses in the semiconductor structure are produced before method step A and before the front side layer structure is applied, wherein the recesses have no cylindrical shape but have a smaller opening area on the front side of the semiconductor substrate than on the front side Rear side of the semiconductor substrate.
  • the choice of the side of the semiconductor substrate as the front side, which has the smaller area of the recesses, has the advantage of the lower risk that one or more layers of the front side layer structure enter into the recesses.
  • the recesses are produced by melting and / or evaporating the semiconductor substrate by a laser beam, the recesses are preferably produced in such a way that they have an approximately conical shape.
  • the side with the smaller opening surfaces of the recesses is then used as the front side for the further manufacturing process of the EWT solar cell.
  • the silicon wafers typically used for the production of EWT solar cells have thicknesses in the range of 50 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • the recesses produced typically have radii at the front in the range between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m, at the rear in the range between 20 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the distance between two recesses is preferably in the range between 100 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • the semiconductor substrate is preferably applied to a support semiconductor substrate without recesses when the front side layer structure is applied.
  • the back side of the semiconductor substrate thus lies flat over the entire surface of the support semiconductor substrate.
  • this avoids that undesired substances, in particular plasma-dissociated, layer-forming reactants, pass through the holes during the application of the front-side layer structure. This additionally reduces the risk that one or more layers of the front side layer structure enter the recesses.
  • the emitters produced by the method according to the invention preferably have the following layer resistances and / or doping concentrations at the surface of the semiconductor substrate:
  • the front-side emitter has a sheet resistance between 50 ⁇ / o and 200 ⁇ / o and / or a surface doping concentration between 1x10 19 cm “3 and 5x10 20 cm “ 3 , and / or
  • the back emitter has a sheet resistance between 5 ⁇ / o and 50 ⁇ / D and / or a surface doping concentration between 1x10 20 cm “3 and 1 ⁇ 10 21 cm “ 3
  • / or the plurality of compound emitters have a sheet resistance between 5 ⁇ / ⁇ and 50 ⁇ / D and / or a surface doping concentration between 1 ⁇ 10 20 cm -3 and 1 ⁇ 10 21 cm -3 .
  • Figure 1 shows an embodiment of the method according to the invention according to the second variant
  • Figure 2 shows an embodiment of the method according to the invention according to the first variant.
  • FIGS. 1 and 2 each show partial cross-sections through a semiconductor substrate in a schematic representation at different stages of the production process. Shown in each case is a semiconductor substrate 1 designed as a monocrystalline silicon wafer, which is penetrated by approximately cylindrical recesses 2, 2 ', 2 ", wherein the cylinder axes are perpendicular to a front side 1 a of the semiconductor substrate 1.
  • the semiconductor substrate 1 is homogeneously p-doped.
  • masking layers 3 are initially applied to a back side 1 b of the semiconductor substrate 1 applied.
  • the masking layer 3 defines the areas where the backside 1b will not be covered by a backside emitter.
  • a front side layer structure is applied to the front side 1 a of the semiconductor substrate 1, which consists of a front side doping layer 4, which is formed as a silicon oxide layer containing phosphorus.
  • a diffusion barrier layer 5 is applied, which is formed as a dopant-free silicon oxide layer.
  • Front side doping layer 4 and diffusion barrier layer 5 are respectively applied over the whole area to the front side 1 of the semiconductor substrate. Both layers are deposited by means of PECVD, wherein TMCTS and TMPi are used as precursor liquids in the front side doping layer 4 and TMCTS as precursor liquid in the case of the diffusion barrier layer 5.
  • front-end dopant layer 4 about 180 sccm of oxygen, 20 sccm of TMCTS-saturated argon, and ⁇ sccmTMPi-saturated argon are introduced into the process chamber.
  • the precursor liquid TMCS is also used and the process condition differs from the aforementioned essentially in that the phosphorus content is reduced to 0%.
  • the resulting layer structure is shown in FIG. 1 b.
  • backside emitter areas 8a are also generated in this embodiment. These arise due to openings of the masking layer 3, which serve for subsequent contacting of the semiconductor substrate by means of a metallization structure. In this contacting, the emitter region 8a is overcompensated, so that after contacting there is a region of the first doping type, ie a p-doped base region.
  • so-called phosphor glass is formed on the surface of the semiconductor substrate in the areas of the connection emitter and back emitter.
  • This process status is shown in FIG. 1 c.
  • etching was carried out using 10% hydrofluoric acid (HF) for a period of 1 minute.
  • HF hydrofluoric acid
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the first variant of the method according to the invention.
  • Figure 2a represents the same starting situation, as already described for Figure 1 a.
  • a diffusion barrier layer 9 is applied over the entire area on the front side 1 a of the semiconductor substrate 1, wherein the diffusion barrier layer 9 is formed as a silicon dioxide layer.
  • the diffusion barrier layer 9 was also deposited by PECVD using silane as the precursor gas. The process parameters were chosen such the layer has a refractive index of 1.46 at 632 nm. The layer thickness of the diffusion barrier layer is about 30 nm.
  • a diffusion out of the gas phase is carried out.
  • the doping of the front-side emitter 6 likewise takes place from the gas phase, the entry of dopant into the semiconductor substrate 1 on the front side 1 a, however, being inhibited by the diffusion barrier layer 9.
  • the front side layer structure and the phosphor glass are also removed in this variant, so that a result according to FIG. 2 d results analogously to FIG. 1 d, wherein the characteristic of the doping profiles of the front side emitter lies between varies the two variants. In both cases, however, the front emitter is less doped compared to the back emitter and junction emitter.
  • the emitter diffusions in both embodiments were carried out in a tube diffusion furnace. It is essential that the production of all E mitter Schemee takes place in situ, d. H. without semiconductor substrate having to be removed from the oven and then reinserted.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer EWT - Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Dotierungstyps mit einer Vorder- und einer Rückseite und einer Mehrzahl von Ausnehmungen, welche sich jeweils von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates erstrecken, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen zumindest folgender Emitterbereiche eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps in dem Halbleitersubstrat (1) : ein Vorderseitenemitter, ein Rückseitenemitter und eine Mehrzahl von Verbindungsemittern, welche jeweils die Wand einer Ausnehmung zumindest teilweise bedecken, wobei die Emitterbereiche jeweils einen pn-Übergang zu dem Halbleitersubstrat (1) ausbilden, B Aufbringen mindestens einer Basiskontaktierungsstruktur und mindestens einer Emitterkontaktierungsstruktur jeweils auf die Rückseite des Halbleitersubstrates. Wesentlich ist, dass vor Verfahrensschritt A eine Vorderseitenschichtstruktur auf die Vorderseite des Halbleitersubstrates aufgebracht wird, mindestens eine Diffusionsbarrierenschicht enthält und/oder mindestens eine den Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthaltende Vorderseitendotierschicht umfasst und dass in Verfahrenschritt A eine Diffusion mittels mindestens eines Dotierstoffes des zweiten Dotierungstyps aus der Gasphase zur Erzeugung zumindest des Rückseitenemitters und der Mehrzahl von Verbindungsemittern durchgeführt wird, wobei diese Diffusion aus der Gasphase und die Erzeugung des Vorderseitenemitters in situ in einem Diffusionsofen ausgeführt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer EWT-Solarzelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer EWT-Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat.
Der Begriff EWT-Solarzelle (Emitter-Wrap-Through-Solarzelle) bezeichnet eine Halbleitersolarzelle, die sowohl auf der zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite, als auch auf der Rückseite Emitterbereiche aufweist.
Wie beispielsweise in J. M. Gee, W. K. Schubert, and P. A. Basore, „Emitter wrap-through solar cell," in Proceedings of the 23rd IEEE Photovoltaic Specia- lists Conference (Louisville, Kentucky, USA), pp. 265-270, 1993 beschrieben, besteht eine EWT-Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat, das eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweist. Diese „Löcher" erstrecken sich von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates und sind üblicherweise in etwa zylinderförmig ausgebildet, wobei die Zylinderachsen in etwa senkrecht zur Vorderseite stehen.
Die nicht durch Emitter bedeckten Bereiche sind entgegengesetzt zu den Emitterbereichen dotiert, so dass sich pn-Übergänge an den Grenzen der Emitterbereiche ausbilden. Bei den vorbekannten EWT-Solarzellen ist an der Vorderseite ein ganzflächiger Emitter ausgebildet und die Rückseite ist in Teilbereichen, zumindest an den von einem Loch durchdrungenen Bereichen der Rückseite ebenfalls von einem oder mehreren Emitterbereichen bedeckt. Darüber hinaus sind an den Lochwänden Emitterbereiche ausgebildet, so dass eine e- lektrisch leitende Verbindung ausgehend von dem Vorderseitenemitter über die Emitter an den Lochwänden zu dem Rückseitenemitter besteht.
Bei der Bezeichnung „elektrisch leitend verbunden" werden hier und im FoI- genden solche Ströme vernachlässigt, die beispielsweise aufgrund von Rekombinationseffekten an oder über einen pn-Übergang auftreten. Im Sinne dieser Anmeldung sind somit zwei entgegengesetzt dotierte Bereiche, zwischen denen sich ein pn-Übergang ausbildet, an dem pn-Übergang nicht elektrisch leitend verbunden.
EWT-Solarzellen gehören zur Familie der Rückkontaktsolarzellen, d. h. sowohl die elektrische Kontaktierung des Emitters, als auch des entgegengesetzt dotierten Basisbereiches erfolgt auf der Rückseite der Solarzelle. Typischerweise werden Ladungsträger mittels metallischer Kontaktstrukturen abgeführt. Rück- seitenkontaktsolarzellen weisen daher den Vorteil auf, dass auf der zur Lichteinkopplung ausgebildeten Vorderseite keine Abschattung durch Metallisierungsstrukturen erfolgt.
Bei typischen EWT-Solarzellen, insbesondere EWT-Solarzellen aus Silizium, erfolgt bei Beleuchtung der Großteil der Generation von Elektron- und Lochpaaren jedoch nahe der Vorderseite. Daher ist eine Vielzahl hochdotierter Verbindungsemitter zum Ladungsträgertransport zwischen Vorder- und Rückseitenemitter notwendig, um Serienwiderstandsverluste gering zu halten. Ferner muss der rückseitige Emitter durch die jeweilige Kontaktierungstechnologie mit geringem Kontaktwiderstand kontaktierbar sein, was eine hohe Dotierkonzentration an der Oberfläche der rückseitigen Emitterbereiche voraussetzt. Der vorderseitige Emitter soll hingegen eine möglichst geringe Ladungsträgerrekombination im Emitterbereich aufweisen, im Zusammenspiel mit der oder den typischerweise auf die Vorderseite aufgebrachten Passivierungsschichten.
Um somit einen niedrig dotierten, ganzflächigen Emitterbereich an der Vorderseite und demgegenüber hochdotierte Emitterbereiche an den Lochwänden und auf der Rückseite der EWT-Solarzelle zu erzeugen, sind typischerweise bei der Herstellung mehrere Hochtemperaturprozesse notwendig, bei denen die Emit- terbereiche mit den der jeweiligen Bestimmung angepassten Dotierprofilen mit- tels entsprechender Maskierungen erzeugt werden. Hierbei werden typischerweise mehrere Maskierungsschritte und bis zu drei Diffusionsschritte benötigt.
Zur Herstellung von Rückseitenkontaktzellen ohne Löcher und Verbindungs- emitter ist es aus US 7, 135,350 B1 bekannt, eine rückseitige Hochdotierung mittels einer Dotierschicht und eine demgegenüber geringere Dotierung an der Vorderseite mittels eines Diffusionsvorgangs aus der Gasphase in einem gemeinsamen Hochtemperaturschritt durchzuführen. Dieses Verfahren ist aufgrund des hohen Aspektverhältnisses der Löcher jedoch nicht auf EWT- Solarzellen übertragbar, da eine ausreichende Beschichtung mit einer Dotierschicht an den Lochwänden nicht oder nur mit hohem Aufwand erzielt werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer EWT-Solarzelle zu schaffen, bei dem Emitterbereiche mit unterschiedlichen Dotierkonzentrationen durch ein vereinfachtes Verfahren herstellbar sind. Weiterhin soll sich das Verfahren durch industrielle Anwendbarkeit auszeichnen.
Gelöst sind diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens befinden sich in den Ansprüchen 2 bis 16.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient somit zur Herstellung einer EWT- Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat mit einer Vorder- und einer Rückseite. Das Halbleitersubstrat ist mit einem ersten Dotierungstyp dotiert und weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, welche sich jeweils von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates erstrecken. Dies sind typischerweise die eingangs genannten in etwa zylinderförmigen Löcher. Ebenso liegen jedoch auch andere Ausgestaltungen der Ausnehmungen im Rahmen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt A, indem zumindest folgende Emitterbereiche eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps in dem Halbleitersubstrat erzeugt werden: Ein Vorderseitenemitter, welcher die Vorderseite des Halbleitersubstrates zumindest teilweise bedeckt, ein Rückseitenemitter, welcher die Rückseite des Halbleitersubstrates teilweise bedeckt und eine Mehrzahl von Verbindungsemittern, welche jeweils die Wand einer Ausnehmung zumindest teilweise be- decken, so dass der Vorderseitenemitter über die Verbindungsemitter elektrisch leitend mit dem Rückseitenemitter verbunden ist.
Dotierungstypen sind hierbei die n-Dotierung und die hierzu entgegengesetzte p-Dotierung. Zwischen den Emitterbereichen und den entgegengesetzt dotier- ten angrenzenden Bereichen des Halbleitersubstrates bilden sich somit pn- Übergänge aus.
Vorzugsweise überdeckt der Vorderseitenemitter die Vorderseite ganzflächig, ebenso liegt jedoch auch die teilweise Bedeckung der Vorderseite durch ein oder mehrere Vorderseitenemitter im Rahmen der Erfindung.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein Rückseitenemitter ausgebildet ist. Ebenso liegt auch die Ausbildung mehrerer an der Rückseite räumlich voneinander getrennter Rückseitenemitter im Rahmen der Erfindung. Wesentlich ist, dass jeder Rückseitenemitter über eine Mehrzahl von Verbindungsemittern mit einem Vorderseitenemitter elektrisch leitend verbunden ist.
In einem Verfahrensschritt B werden mindestens eine Basiskontaktierungs- struktur und mindestens eine Emitterkontaktierungsstruktur jeweils auf der Rückseite des Halbleitersubstrates, gegebenenfalls über weitere Zwischenschichten, aufgebracht. Die Basiskontaktierungsstruktur steht hierbei mit mindestens einem nicht durch Emitter bedeckten Bereich des Halbleitersubstrates und die Emitterkontaktierungsstruktur mit dem Rückseitenemitter elektrisch leitend in Verbindung. Über Basis- und Emitterkontaktierungsstruktur ist die EWT-Solarzelle somit mit einem externen Stromkreis oder weiteren Solarzellen elektrisch verbindbar.
Wesentlich ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vor Verfahrensschritt A eine Vorderseitenschichtstruktur auf die Vorderseite des Halbleiter- Substrates aufgebracht wird. Die Vorderseitenschichtstruktur kann hierbei aus lediglich einer oder aus mehreren übereinander aufgebrachten Schichten bestehen.
Die Vorderseitenschichtstruktur umfasst mindestens eine den Durchtritt von Dotierstoffen hemmende Diffusionsbarrierenschicht welche keinen Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthält und/oder mindestens eine den Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthaltende Vorderseitendotierschicht.
Der Begriff „Diffusionsbarrierenschicht" bedeutet hierbei, dass bei einer Diffu- sion aus der Gasphase zwar Dotierstoffe durch die Diffusionsbarrierenschicht hindurch in das Halbleitersubstrat eindringen, jedoch in einem geringeren Umfang, als dies ohne Diffusionsbarrierenschicht der Fall wäre.
Wesentlich ist weiterhin, dass in Verfahrensschritt A eine Diffusion mittels min- destens eines Dotierstoffes des zweiten Dotierungstyps aus der Gasphase zur Erzeugung zumindest des Rückseitenemitters und der Verbindungsemitter durchgeführt wird und diese Diffusion aus der Gasphase und die Erzeugung des Vorderseitenemitters hierbei in situ in einem Diffusionsofen erfolgt, d.h. ohne dass als Zwischenschritt ein Ausschleusen aus der Prozesskammer des Diffusionsofens erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zumindest Rückseitenemitter und die Verbindungsemitter mittels Diffusion aus der Gasphase erzeugt. Das Dotierprofil des Vorderseitenemitters ist hingegen zusätzlich durch die Ausgestaltung der auf die Vorderseite aufgebrachten Vorderseitenschichtstruktur wählbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, in situ in einem Diffusionsofen, d.h. ohne zwischengelagertes Ausschleusen des Halbleitersubstrates aus dem Diffusionsofen Rückseiten- und Verbindungsemitter sowie den demgegenüber geringer dotierten Vorderseitenemitter zu erzeugen. Dies vereinfacht die Prozessführung und führt somit zu einer
Kostenverringerung des Herstellungsprozesses. Weiterhin werden aufgrund der Erzeugung der Verbindungsemitter mittels Diffusion aus der Gasphase Fehler durch eine unzulängliche Beschichtung einer Innenwand einer Ausnehmung somit ausgeschlossen. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Vorderseitenschichtstruktur sowohl eine Diffusionsbarrierenschicht, als auch eine Vorderseitendotierschicht umfasst.
Vorzugsweise wird jedoch entweder eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt, in der die Vorderseitenschichtstruktur mindestens eine Diffusionsbarrierenschicht, jedoch keine Vorderseitendotierschicht umfasst. In dieser Ausgestaltung erfolgt die Diffusion des Vorderseitenemitters somit mittels Dotierstoffen, welche die Diffusionsbarrierenschicht durchdringen und das Halbleitersubstrat an der Vorderseite dotieren.
Die niedrigere Dotierung des Vorderseitenemitters wird somit dadurch erzielt, dass die Diffusionsbarrierenschicht das Eindringen von Dotierstoffen in die Vorderseite des Halbleitersubstrates hemmt, jedoch nicht vollständig unterbin- det. Hierdurch entsteht ein gegenüber dem Rückseitenemitter und den Verbindungsemittern geringer dotierter Vorderseitenemitter.
Oder die Vorderseitenschichtstruktur umfasst in einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Vorderseitendotier- schicht und es wird ein Eindringen von Dotierstoffen aus der Gasphase durch die Vorderseitenschichtstruktur in das Halbleitersubstrat völlig oder im Wesentlichen unterbunden. In dieser Ausgestaltung erfolgt die Diffusion des Vorderseitenemitters somit ausschließlich oder im Wesentlichen aufgrund der in der Vorderseitendotierschicht enthaltenen Dotierstoffe. Das Unterbinden des Durchdringens der Vorderseitenschichtstruktur von Dotierstoffen aus der Gasphase erfolgt vorzugsweise derart, dass die Vorderseitenschichtstruktur mindestens eine auf die Vorderseitendotierschicht, gegebenenfalls über weitere Zwischenschichten, aufgebrachte, den Durchtritt von Dotierstoffen aus der Gasphase unterbindende Diffusionssperrschicht umfasst. Alternativ oder zu- sätzlich kann die Zusammensetzung und Dicke der Vorderseitendotierschicht auch derart gewählt werden, dass die Vorderseitendotierschicht selbst eine Diffusionssperrschicht für die Dotanten aus der Gasphase ist.
Bei dieser Variante wird das Dotierprofil des Vorderseitenemitters im Wesentli- chen durch die Wahl der Vorderseitendotierschicht vorgegeben, so dass auch hier die Dotierprofile von Rückseitenemitter und den Verbindungsemittern einerseits und des Vorderseitenemitters andererseits im Wesentlichen unabhängig voneinander vorgebbar sind und ein gegenüber dem Rückseitenemitter und den Verbindungsemittern geringer dotierter Vorderseitenemitter erzeugt wird.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von EWT- Solarzellen aus einem Silizium-Halbleitersubstrat verwendet, insbesondere ein p-dotiertes Silizium-Halbleitersubstrat. Ebenso liegt jedoch die Herstellung von EWT-Solarzellen aus anderen Halbleitersubstraten im Rahmen dieser Erfin- düng.
Die Vorderseitenschichtstruktur wird vorzugsweise mittels CVD (Chemical Va- pour Deposition) aufgebracht, insbesondere vorzugsweise mittels PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Diese Verfahren finden bei der Herstellung von Solarzellen bereits vielfältige Anwendung (wie beispielsweise in A. G. Aberle, "Crystalline Silicon solar cells: advanced surface passi- vation and analysis of crystalline Silicon solar cells" Sydney, Australia, 1999 beschrieben), so dass auf vorbekannte Prozessschritte und Apparaturen zurückgegriffen werden kann.
Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass zur Erzeugung eines vorteilhaften niedrig dotieren Vorderseitenemitters die Schichten der Vorderseitenschichtstruktur, insbesondere die Vorderseitendotierschicht oder die Diffusionsbarrierenschicht Dicken im Bereich zwischen 20 nm bis 100 nm aufwei- sen.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der zweiten Variante ausgebildet, bei der die Vorderseitenschichtstruktur mindestens eine Vorderseitendotierschicht und eine gegebenenfalls über weitere Zwischenschich- ten darüber aufgebrachte Diffusionssperrschicht umfasst. Die Dotierquelle auf der Vorderseite ist somit derart beschaffen, dass sich bei gleichem Temperatur-Zeit-Profil für den Diffusionsprozess ein Dotierprofil auf der Vorderseite ausbildet, das sich von dem Dotierprofil der Rückseite und den Wänden der Ausnehmungen unterscheidet. Vorzugsweise sind der Dotierstoffgehalt der Vorderseitendotierschicht und die Prozessbedingungen bei der Diffusion aus der Gasphase in den Diffusionsofen derart gewählt, dass eine Verarmung des Dotierstoffes der Vorderseitendotierschicht erzielt wird.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Vorderseitendotierschicht eine so genannte „endliche Quelle" für die Dotierung der Vorderseite darstellt. Die Dotierkonzentration des Vorderseitenemitters ist somit im Wesentlichen durch den Dotierstoffgehalt der Vorderseitendotierschicht vorgegeben und näherungswei- se unabhängig von der Prozessdauer bei der Diffusion aus der Gasphase. Die Diffusion aus der Gasphase stellt hingegen ausreichend Dotierstoff zur Verfügung, so dass bezüglich des Rückseitenemitters und des Verbindungsemitters eine im Wesentlichen „unendliche Quelle" vorliegt.
Die zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens weist somit den Vorteil einer besonders starken Entkopplung der Erzeugung des Vorderseitenemitters einerseits und des Rückseitenemitters und der Verbindungsemitter andererseits auf, insbesondere unter Verwendung lediglich eines Hochtemperaturschrittes.
Hochtemperaturschritt bedeutet hierbei ein Prozessschritt bei einer Temperatur größer 6600C, vorzugsweise größer 8000C.
Hierbei ist insbesondere die Herstellung einer p-Typ EWT-Solarzelle vorteil- haft, d. h. dass der erste Dotierungstyp eine p-Dotierung und der zweite Dotierungstyp eine n-Dotierung ist. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass sich insbesondere eine mit Phosphor dotierte Siliziumoxidschicht als Vorderseitendotierschicht eignet sowie eine dotierstofffreie Siliziumoxidschicht als Diffusionssperrschicht. Siliziumoxidschichten werden bei der Herstellung von Solarzellen häufig für unterschiedliche Verwendungszwecke aufgebracht, so dass auch hier auf bekannte Verfahren und Prozessapparaturen zurückgegriffen werden kann. Der Begriff Siliziumoxidschicht umfasst hierbei Schichten, die neben Silizium und Sauerstoff auch weitere Stoffe enthalten können. Wesentlich ist jedoch, dass die Vorderseitendotierschicht Phosphor enthält und die Diffusionssperrschicht keinen Dotierstoff, insbesondere keinen Phosphor ent- hält.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform werden Vorderseitendotierschicht und Diffusionssperrschicht mittels PECVD abgeschieden und als Precursorflüssig- keit wird TEOS (Tetraethylorthosilicat) verwendet oder es wird das Gas Silan als Oxidquelle verwendet. Weiterhin ist die Verwednung des Gases Mo- nophosphan (Phosphin) als gasförmige Phosphorquelle vorteilhaft. Bei Verwendung von TEOS ist ebenso die Kombination mit der unten aufgeführten Precursorflüssigkeit TMPi vorteilhaft, um eine weniger gefährliche Prozessfüh- rung zu ermöglichen.
Der Begriff „Precursorflüssigkeit" bezeichnet hierbei eine Flüssigkeit, durch die ein Trägergas, vorzugsweise Argon, geleitet wird. Vorzugsweise erfolgt dies mittels Durchleiten des Trägergases durch die Precursorflüssigkeit in einer ge- kühlten Verdampfereinheit.
Hierbei ist eine besonders einfache Prozessführung dadurch möglich, dass Vorderseitendotierschicht und Diffusionssperrschicht mittels PECVD abgeschieden werden, wobei für die Vorderseitendotierschicht als Precursorflüssig- keit Tetramethyltetracyclotetrasyloxan (TMCTS, C4H16Si4O4) und für die Diffusionssperrschicht als Precursorflüssigkeit Trimethyphosphit (TMPi1 P(OCH3)3 verwendet wird. Diese genannten Precursorflüssigkeiten weisen den Vorteil auf, dass die Verwendung von Flüssigkeiten einfacher steuerbar und damit weniger gefährlich als die übliche Verwendung von Silan- oder Phosphingas ist.
Ebenso liegt die Verwendung anderer vorbekannter Abscheidetechnologien zur Aufbringung der Schichten an der Vorderseite, wie z.B. APCVD (J. L. Vossen and W. Kern, "Thin Film Processes",Academic Press, San Diego, CA1 USA, 1978) und anderer Precursorflüssigkeiten, wie z.B. TEOS (Tetraethylen- Oxisilan: Si(OC2H5)4) im Rahmen der Erfindung. Auch liegt das Aufbringen der vorderseitigen Vorderseitendotierschicht mittels Spin-On Dotierquellen (beispielsweise wie in US 4514440 beschrieben) oder das Aufbringen der Vorderseitendotierschicht mittels Siebdruck (beispielsweise wie in US 4104091 beschrieben) im Rahmen der Erfindung. Vorzugsweise besteht die vorderseitige Vorderseitendotierschicht vorzugsweise zu 8 % bis 10 % aus Phosphor, zu 5 % bis 10 % aus Kohlenstoff, zu 60 % bis 65 % aus Sauerstoff und zu 15 % bis 20 % aus Silizium. Alternativ oder zusätzlich besteht die Diffusionssperrschicht vorteilhafterweise zu 5 % bis 10 % aus Kohlenstoff, zu 60 % bis 65 % aus Sauerstoff und zu 25 % bis 35 % aus Silizium. Die vorgenannten Zusammensetzungen weisen den Vorteil auf, dass die Schichten nur einen geringen Anteil an Kohlenstoff und Silizium besitzen, so dass einerseits Defekte im Halbleitersubstrat durch Kohlenstoff vermieden werden und andererseits die Ätzbarkeit der Schichten mittels Flusssäure (HF) nicht wesentlich durch Kohlenstoff oder Silizium verringert wird.
Untersuchungen des Anmelders haben gezeigt, dass für EWT-Solarzellen aus Silizium vorteilhafte Vorderseitenemitter erzeugt werden, wenn die Vorderseitendotierschicht eine Dicke kleiner 50 nm aufweist. Schichtdicken kleiner 50 nm weisen den Vorteil auf, dass während der Diffusion des Vorderseitenemitters aus der Vorderseitendotierschicht aufgrund der geringen Dicke eine Verarmung des Dotierstoffes auftritt und somit ein niedrig dotierter Vorderseitenemitter erzeugt wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Dotierstoffgehalt in der Vorderseitendotierschicht derart gewählt werden, dass während der Diffusion eine Verarmung auftritt. Insbesondere ist eine Kombination der zuvor genannten vorteilhaften Zusammensetzung der Vorderseitendotierschicht mit einer Schichtdicke kleiner 50 nm zur Erzielung der Verarmung vorteilhaft.
Vorzugsweise wird bei den zuvor genannten vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Diffusionsprozess aus der Gasphase in einem Diffusionsofen bei einer Temperatur im Bereich von 8200C bis 9100C, vorzugsweise bei 850 0C ausgeführt, wobei zunächst für etwa eine Zeitdauer im Bereich von 10 Minuten bis 40 Minuten, vorzugsweise für 20 Minuten die Diffusion in einer POCI3-Atmosphäre und anschließend für etwa eine Zeitdauer im Bereich von 10 Minuten bis 40 Minuten, vorzugsweise für etwa 25 Minuten die Diffusion in Stickstoffatmosphäre erfolgt.
Bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Variante ist es vorteilhaft, dass die Diffusionsbarrierenschicht eine Siliziumdi- oxidschicht ist. Wie bereits erwähnt, ist das Aufbringen von Siliziumdioxid- schichten bei verschiedenen Solarzellenherstellungsprozessen bekannt, so dass auf bekannte Parameter und Apparaturen zurückgegriffen werden kann. Die als Diffusionsbarrierenschicht ausgebildete Siliziumoxidschicht beträgt vorzugsweise zwischen 50 nm und 200 nm.
Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorteilhafterweise wird die Diffusionsbarrierenschicht mittels PECVD aufgebracht, wobei Silan (SiH4) als Precursorgas verwendet wird und die Diffusionsbarrierenschicht einen Brechungsindex von 1 ,46 bei 632 nm aufweist. Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass eine Diffusionsbarrierenschicht mit der zuvor genannten Eigenschaft bei der Herstellung einer EWT-Solarzelle aus einem Siliziumhalbleitersubstrat eine optimale hemmende Wirkung des Durchtritts von Dotierstoffen aufweist, so dass einerseits bei Durchführung der Diffusion aus der Gasphase ausreichend hochdotierte Verbindungsemitter und Rückseitenemitter erzeugt werden und andererseits ein demgegenüber niedriger dotierter Vorderseitenemitter mit optimalem Dotierprofil erzeugt wird.
Über die Dicke der Diffusionsbarrierenschicht kann hierbei die Dotierkonzentration des Vorderseitenemitters gewählt werden: eine größere Dicke führt zu ei- ner größeren Hemmung des Durchtritts von Dotierstoffen und demgegenüber zu einem niedriger dotierten Vorderseitenemitter. Vorzugsweise liegt die Dicke der Diffusionsbarrierenschicht bei mittels PECVD aufgebrachter Schichten zwischen 10 nm und 100 nm, vorteilhafterweise zwischen 27 nm und 35 nm.
Bei beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, dass vor Verfahrensschritt A und vor Aufbringen der Vorderseitenschichtstruk- tur die Ausnehmungen in der Halbleiterstruktur erzeugt werden, wobei die Ausnehmungen keine zylindrische Form aufweisen, sondern an der Vorderseite des Halbleitersubstrates eine kleinere Öffnungsfläche besitzen als an der Rückseite des Halbleitersubstrates.
Die Wahl derjenigen Seite des Halbleitersubstrates als Vorderseite, welche die kleinere Fläche der Ausnehmungen aufweist, weist den Vorteil des geringeren Risikos auf, dass eine oder mehrere Schichten der Vorderseitenschichtstruktur in die Ausnehmungen eintreten. Werden beispielsweise die Ausnehmungen mittels Aufschmelzen und/oder Verdampfen des Halbleitersubstrates durch einen Laserstrahl erzeugt, so werden die Ausnehmungen vorzugsweise derart erzeugt, dass eine in etwa koni- sehe Form aufweisen. Vorteilhafterweise wird anschließend die Seite mit den geringeren Öffnungsflächen der Ausnehmungen als Vorderseite für den weiteren Herstellungsprozess der EWT-Solarzelle verwendet. Die für die Herstellung von EWT-Solarzellen typischerweise verwendeten Siliziumwafer weisen Dicken im Bereich 50 μm bis 250 μm auf. Die erzeugten Ausnehmungen weisen typi- scherweise Radien an der Vorderseite im Bereich zwischen 10 μm und 50 μm, an der Rückseite im Bereich zwischen 20 μm und 100 μm auf. Der Abstand zwischen zwei Ausnehmungen liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 100 μm und 1000 μm.
Die Erzeugung von konischen Ausnehmungen in einem Siliziumsubstrat mittels Laser ist an sich bekannt und beispielsweise in N. Mingirulli, S. Trittler, M. Bui, A. Grohe, D. Biro, R. Preu, and S. W. Glunz, "Passivation of laser-drilled via holes for emitter-wrap-through-cells," Proceedings of the 23rd European Pho- tovoltaic Solar Energy Conference (Valencia, Spain), pp. 996-999, 2008, be- schrieben.
Bei beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Aufbringen der Vorderseitenschichtstruktur vorzugsweise das Halbleitersubstrat auf ein Auflagehalbleitersubstrat ohne Ausnehmungen aufgelegt. Die Rückseite des Halbleitersubstrates liegt somit ganzflächig plan auf dem Auflagehalbleitersubstrat auf. Darüber hinaus wird hierdurch vermieden, dass unerwünschte Stoffe, insbesondere durch Plasma dissoziierte, schichtbildende Reaktanten, während des Aufbringens der Vorderseitenschichtstruktur durch die Löcher hindurch treten. Es wird hierdurch somit das Risiko zusätzlich verringert, dass eine oder mehrere Schichten der Vorderseitenschichtstruktur in die Ausnehmungen eintreten.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Emitter weisen vorzugsweise folgende Schichtwiderstände und/oder Dotierkonzentrationen an der O- berfläche des Halbleitersubstrates auf: Der Vorderseitenemitter einen Schichtwiderstand zwischen 50 Ω/o und 200 Ω/o und/oder eine Oberflächendotierkonzentration zwischen 1x1019 cm"3 und 5x1020 cm"3, und/oder
- der Rückseitenemitter einen Schichtwiderstand zwischen 5 Ω/o und 50 Ω/D und/oder eine Oberflächendotierkonzentration zwischen 1x1020 cm"3 und 1 x1021 cm"3, und/oder - die Mehrzahl von Verbindungsemittern einen Schichtwiderstand zwischen 5 Ω/α und 50 Ω/D und/oder eine Oberflächendotierkonzentration zwischen 1 x1020 cm"3 und 1 x1021 cm'3.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Variante und
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Variante.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils Teilquerschnitte durch ein Halbleitersub- strat in schematischer Darstellung bei unterschiedlichen Stadien des Herstellungsverfahrens. Dargestellt ist jeweils ein als monokristalliner Siliziumwafer ausgebildetes Halbleitersubstrat 1 , welches von in etwa zylindrischen Ausnehmungen 2, 2', 2" durchdrungen ist, wobei die Zylinderachsen senkrecht zu einer Vorderseite 1 a des Halbleitersubstrates 1 stehen.
Das Halbleitersubstrat 1 ist homogen p-dotiert.
Wie in den Figuren 1 a und 2a dargestellt, werden bei beiden Varianten zunächst Maskierungsschichten 3 auf eine Rückseite 1 b des Halbleitersubstrates 1 aufgebracht. Die Maskierungsschicht 3 definiert die Bereiche, in denen die Rückseite 1 b nicht durch einen Rückseitenemitter bedeckt werden wird.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel der zweiten Variante des erfindungsge- mäßen Verfahrens dargestellt:
Als nächster Verfahrensschritt wird eine Vorderseitenschichtstruktur auf die Vorderseite 1 a des Halbleitersubstrates 1 aufgebracht, welche aus einer Vor- derseitendotierschicht 4 besteht, die als Phosphor enthaltende Siliziumoxid- schicht ausgebildet ist. Auf die Vorderseitendotierschicht 4 wird eine Diffusionssperrschicht 5 aufgetragen, welche als dotierstofffreie Siliziumoxidschicht ausgebildet ist. Vorderseitendotierschicht 4 und Diffusionssperrschicht 5 werden jeweils ganzflächig auf die Vorderseite 1 des Halbleitersubstrates aufgetragen. Beide Schichten werden mittels PECVD abgeschieden, wobei bei der Vorderseitendotierschicht 4 TMCTS und TMPi als Precursorflüssigkeiten und bei der Diffusionssperrschicht 5 TMCTS als Precursorflüssigkeit verwendet wird. Zur Herstellung von Vorderseitendotierschicht 4 werden etwa 180 sccm Sauerstoff, 20 sccm TMCTS-gesättigtes Argon und δsccmTMPi-gesättigtes Argon in die Prozesskammer eingeleitet.
Zur Herstellung der Diffusionssperrschicht 5 wird ebenfalls die Precursorflüssigkeit TMCS verwendet und die Prozessbedingung unterscheidet sich von der zuvor genannten im Wesentlichen dadurch, dass der Phosphoranteil auf 0 % reduziert wird.
Die sich ergebende Schichtstruktur ist in Figur 1 b dargestellt.
Anschließend wird mittels Diffusion von Phosphor aus der Gasphase durch Einbringen von Phosphoroxychlorid als Diffusionsstoffquelle der Diffusionspro- zess bei 850 0C für 20 Minuten unter POCI3-Atmosphäre und anschließend für 25 Minuten in Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Hierbei erfolgt einerseits die Diffusion des in der Vorderseitendotierschicht 4 enthaltenen Phosphors in das Halbleitersubstrat 1 , so dass sich ein Vorderseitenemitter 6 ausbildet. Ebenso erfolgt mittels Diffusion aus der Gasphase die Ausbildung von Verbindungs- emittern 7, 7', 7" an den Wänden der Ausnehmungen 2, 2', 2" sowie die Aus- bildung von Rückseitenemittern 8, 8',8", welche über die Verbindungsemitter 7, 7', 7" mit dem Vorderseitenemitter 6 elektrisch leitend verbunden sind. Zusätzlich werden bei diesem Ausführungsbeispiel auch Rückseitenemitterbereiche 8a erzeugt. Diese entstehen aufgrund von Öffnungen der Maskierungsschicht 3, welche zu späteren Kontaktierung des Halbleitersubstrates mittels einer Metallisierungsstruktur dienen. Bei dieser Kontaktierung wird der Emitterbereich 8a überkompensiert, so dass nach Kontaktierung ein Bereich des ersten Dotierungstyps vorliegt, d.h. ein p-dotierter Basisbereich.
Bei der Diffusion aus der Gasphase bildet sich so genanntes Phosphorglas auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates in den Bereichen der Verbindungsemitter und Rückseitenemitter ab.
Dieser Verfahrensstand ist in Figur 1 c dargestellt.
Anschließend wird die Vorderseitenschichtstruktur und das Phosphorglas durch folgenden Prozessschritt entfernt: Während einer Zeitdauer von 1 Minute erfolgte ein Abätzen mittels 10%iger Flusssäure (HF). Alternativ kann auch während einer Zeitdauer von 30 s ein Ätzen mittels 6%iger Flusssäure zusammen mit 4%igem Ammoniumflourid erfolgen. Das Ergebnis ist in Figur 1 d dargestellt.
Anschließend erfolgt die Aufbringung einer metallischen Basiskontaktierungs- struktur sowie einer metallischen Emitterkontaktierungsstruktur auf die Rück- seite 1 b des Halbleitersubstrates 1 (nicht dargestellt).
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei stellt Figur 2a die gleiche Ausgangssituation dar, wie bereits zu Figur 1 a beschrieben.
Anschließend wird eine Diffusionsbarrierenschicht 9 ganzflächig auf die Vorderseite 1 a des Halbleitersubstrates 1 aufgebracht, wobei die Diffusionsbarrierenschicht 9 als Siliziumdioxidschicht ausgebildet ist. Die Diffusionsbarrierenschicht 9 wurde ebenfalls mittels PECVD abgeschieden, wobei Silan als Pre- cursorgas verwendet wurde. Die Prozessparameter wurden derart gewählt, dass die Schicht einen Brechungsindex von 1 ,46 bei 632 nm aufweist. Die Schichtdicke der Diffusionsbarrierenschicht beträgt etwa 30 nm.
Anschließend wird wie bereits bei Figur 1 c beschrieben, eine Diffusion aus der Gasphase durchgeführt. Im Unterschied zu Figur 1 erfolgt hierbei die Dotierung des Vorderseitenemitters 6 jedoch ebenfalls aus der Gasphase, wobei der eintritt von Dotierstoff in das Halbleitersubstrat 1 an der Vorderseite 1 a jedoch durch die Diffusionsbarrierenschicht 9 gehemmt wird.
Im Ergebnis werden bei der Gasphasendiffusion hochdotierte Rückseitenemit- terbereiche 8, 8', 8" und Verbindungsemitterbereiche 7, 7', 7" erzeugt, wohingegen der Vorderseitenemitter 6 aufgrund der diffusionshemmenden Wirkung der Diffusionsbarrierenschicht 9 demgegenüber geringer dotiert ist.
Auch hierbei setzt sich Phosphorglas auf den Oberflächen ab, wie in Figur 2a dargestellt.
Analog zu dem bei Figur 1 d beschriebenen Prozessschritt, wird auch bei dieser Variante anschließend die Vorderseitenschichtstruktur und das Phosphorglas entfernt, so dass sich ein Ergebnis gemäß Figur 2d analog zu Figur 1 d ergibt, wobei die Ausprägung der Dotierprofile des Vorderseitenemitter aufgrund der unterschiedlichen Erzeugungsarten zwischen den beiden Varianten variiert. In beiden Fällen ist der Vorderseitenemitter jedoch geringer dotiert, verglichen mit Rückseiten- und Verbindungsemitter.
Die Emitterdiffusionen in beiden Ausführungsbeispielen wurden in einem Rohrdiffusionsofen durchgeführt. Wesentlich ist, dass die Erzeugung sämtlicher E- mitterbereiche in situ erfolgt, d. h. ohne dass Halbleitersubstrat aus dem Ofen aus- und wieder eingeschleust werden muss.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung einer EWT-Solarzelle aus einem Halbleitersubstrat (1 ) eines ersten Dotierungstyps mit einer Vorder- und einer Rückseite (1 a, 1 b)und einer Mehrzahl von Ausnehmungen (2, 2', 2") , welche sich jeweils von der Vorder- zu der Rückseite des Halbleitersubstrates erstrecken, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Erzeugen zumindest folgender Emitterbereiche eines zweiten, zum ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps in dem Halbleitersubstrat (1 ): ein Vorderseitenemitter (6), welcher die Vorderseite (1 a) des Halblei- tersubstrates zumindest teilweise bedeckt, ein Rückseitenemitter (8,8', 8"), welcher die Rückseite ( 1 b) des Halbleitersubstrates teilweise bedeckt und eine Mehrzahl von Verbindungsemittern (7, 7', 7"), welche jeweils die Wand einer Ausnehmung (2, 2', 2") zumindest teilweise bedecken, sodass der Vorderseitenemitter über die Verbindungsemitter elektrisch leitend mit dem Rückseitenemitter verbunden ist, wobei die Emitterbereiche jeweils einen pn-Übergang zu dem Halbleitersubstrat ( 1 ) ausbilden,
B Aufbringen mindestens einer Basiskontaktierungsstruktur und mindes- tens einer Emitterkontaktierungsstruktur jeweils auf die Rückseite des
Halbleitersubstrates, gegebenenfalls nach Aufbringen weiterer Zwischenschichten, wobei die Basiskontaktierungsstruktur mit mindestens einem nicht durch Emitter bedeckten Bereich des Halbleitersubstrates und die Emitterkontaktierungsstruktur mit dem Rückseitenemitter elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor Verfahrensschritt A eine Vorderseitenschichtstruktur auf die Vor- derseite des Halbleitersubstrates aufgebracht wird, wobei die Vorderseitenschichtstruktur mindestens eine den Durchtritt von Dotierstoffen hemmende Diffusionsbarrierenschicht (9), welche keinen Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthält und/oder mindestens eine den Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthaltende Vorderseitendotier- schicht (4) umfasst und dass in Verfahrenschritt A eine Diffusion mittels mindestens eines Dotierstoffes des zweiten Dotierungstyps aus der Gasphase zur Erzeugung zumindest des Rückseitenemitters (8, 8', 8") und der Mehrzahl von Verbin- dungsemittern (7, 7', 7") durchgeführt wird, wobei diese Diffusion aus der
Gasphase und die Erzeugung des Vorderseitenemitters (6) in situ in einem Diffusionsofen ausgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, vorzugsweise alle Schichten der Vorderseitenschichtstruktur mittels Chemical Vapour Depostion (CVD), vorzugsweise mittels Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Vorderseitenschichtstruktur Dicken im Bereich 20 nm bis 100 nm aufweisen.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitenschichtstruktur mindestens eine den Dotierstoff des zweiten Dotierungstyps enthaltende Vorderseitendotierschicht (4) und min- destens eine auf die Vorderseitendotierschicht, gegebenenfalls über weitere Zwischenschichten, aufgebrachte, den Durchtritt von Dotierstoffen unterbindende Diffusionssperrschicht (5) umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Dotierungstyp eine p-Dotierung und der zweite Dotierungstyp eine n-Dotierung ist, dass die Vorderseitendotierschicht (4) eine mit Phosphor dotierte Siliziumoxidschicht und die Diffusionssperrschicht (5) eine dotierstofffreie Silizium- oxidschicht ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotierstoffgehalt der Vorderseitendotierschicht (4) und die Pro- zessbedingungen bei der Diffusion aus der Gasphase in dem Diffusionsofen derart gewählt sind, dass während der Diffusion aus der Gasphase zur Erzeugung des Rückseitenemitters (8, 8', 8") und der Verbindungsemitter (7, 7', 7") eine Verarmung des Dotierstoffes der Vorderseitendotierschicht erzielt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitendotierschicht (4) und Diffusionssperrschicht (5) mittels PECVD abgeschieden werden, wobei für die Vorderseitendotierschicht als Precursorflüssigkeiten Tetramethyltetracyclotetrasyloxan (TMCTS) und Tri- methylphosphit (TMPi) und für die Diffusionssperrschicht Tetramethyltetra- cyclotetrasyloxan (TMCTS) verwendet wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitendotierschicht (4) zu 8% bis 10% aus Phosphor, zu 5% bis 10% aus Kohlenstoff, zu 60% bis 65% aus Sauerstoff und zu 1 5% bis 20% aus Silizium besteht.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionssperrschicht (5) zu 5% bis 10% aus Kohlenstoff, zu 60% bis 65% aus Sauerstoff und zu 25% bis 35% aus Silizium besteht.
10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseitendotierschicht (4) mit einer Dicke kleiner 50 nm erzeugt wird.
1 1 . Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusionsprozess aus der Gasphase in dem Diffusionsofen bei einer Temperatur von etwa 850 0C ausgeführt wird, wobei zunächst für etwa 20 Minuten die Diffusion in POCI3-Atmosphäre und anschließend für etwa
25 Minuten die Diffusion in Stickstoffatmosphäre erfolgt.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarrierenschicht (9) eine Siliziumdioxidschicht ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarrierenschicht (9) mittels PECVD aufgebracht wird, wobei Silan (SiH4) als Precursorgas verwendet wird und die Diffusionsbarrierenschicht einen Brechungsindex von 1 .46 bei 632 nm aufweist.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionsbarrierenschicht (9) eine Dicke zwischen 27 nm und
35 nm aufweist.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Verfahrensschritt A und vor Aufbringen der Vorderseitenschicht- struktur die Ausnehmungen (2, 2', 2") in der Halbleiterstruktur erzeugt werden, wobei die Ausnehmungen an der Vorderseite (1 a) des Halbleitersubstrates eine kleinere Fläche aufweisen als an der Rückseite (1 b).
16. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (1 ) bei Aufbringen der Vorderseitenschichtstruk- tur auf ein Auflagehalbleitersubstrat (1 ) ohne Ausnehmungen aufgelegt wird, so dass die Rückseite des Halbleitersubstrates ganzflächig plan auf dem Auflagehalbleitersubstrat (1 ) aufliegt.
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