WO2020069869A1 - Solarzellen-herstellungsverfahren und solarzelle - Google Patents

Solarzellen-herstellungsverfahren und solarzelle

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WO2020069869A1
WO2020069869A1 PCT/EP2019/075005 EP2019075005W WO2020069869A1 WO 2020069869 A1 WO2020069869 A1 WO 2020069869A1 EP 2019075005 W EP2019075005 W EP 2019075005W WO 2020069869 A1 WO2020069869 A1 WO 2020069869A1
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solar cell
dopant
temperature
cell manufacturing
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PCT/EP2019/075005
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Enrico Jarzembowski
Maximilian Kauert
Stefan Peters
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Hanwha Q Cells Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a solar cell manufacturing method and a
  • the invention relates to a solar cell manufacturing method that includes an emitter diffusion process, and a solar cell obtained by the solar cell manufacturing method.
  • Atmosphere consisting of a dopant precursor, an inert gas and one
  • This layer has a reaction product of a reaction of the dopant precursor and the oxidizing agent and, if appropriate, a wafer material.
  • This reaction product serves as a dopant source for a dopant to be diffused into the wafer in order to produce an emitter in the wafer.
  • the dopant can also be driven from the dopant source into the wafer by exposing the wafer to a higher temperature than in the previous step, which results in a
  • Emitter diffusion layer is formed and / or a deeper doping profile of an emitter diffusion layer formed in the previous step is generated.
  • the problem is that the surface of the wafer has contaminants, for example after a texturing process. These contaminants adversely affect the efficiency of a solar cell that has the wafer that has been subjected to the emitter diffusion process described above.
  • the task is accomplished by using a solar cell manufacturing process
  • the invention relates to a solar cell production method, comprising the following steps in the order given:
  • step c) driving the dopant into the wafer (1) by exposing the wafer (1) to a higher temperature than in step b).
  • a solar cell By means of the solar cell manufacturing process, a solar cell can be obtained that has an optimized Voc, an optimized FF and an
  • Ncell has optimized efficiency (Ncell).
  • Voc stands for open circuit voltage and is also known as open terminal voltage or open circuit voltage.
  • FF stands for filling factor and is also called fill factor.
  • Ncell stands for the efficiency of a solar cell.
  • the step a) is based on the idea that the dopant precursor has a dopant ion and counterions and is split in this step at the relatively high temperature, so that the counterions, for example halogen ions, are present in the atmosphere which coexist with
  • step b) the atmosphere during the step a) is free of oxidizing agents. This prevents the surface of the wafer exposed to the atmosphere from being coated with a layer which results from an oxidation reaction.
  • the step b) serves to cover the surface of the wafer with the layer which separates the reaction product from the dopant precursor, the
  • Step c) serves to drive the dopant into the wafer, so that an emitter diffusion layer is formed between the wafer and the layer serving as a dopant source and / or a lower doping profile of an emitter diffusion layer formed in step b) is achieved.
  • step b) is preferably on the
  • a dopant source-containing glass layer is formed on the surface of the wafer exposed to the atmosphere.
  • the layer produced in step b) is PSG (phosphorus silicate glass) if the dopant precursor contains phosphorus and is, for example, POCl 3 and the wafer material has silicon.
  • the layer produced in step b) can also be boron glass if the
  • Dopant precursor contains boron, for example, BBr 3 .
  • This glass layer containing dopant source acts as a dopant source.
  • step c) Concentration gradients in accordance with Fick's law diffuse the dopant from the dopant source into the wafer material such as silicon.
  • step c) the dopant is driven into the wafer, which is realized by means of the temperature that is higher than in step b), so that an emitter diffusion layer is formed and / or a lower doping profile of an emitter diffusion layer formed in step b) is formed.
  • the atmosphere is during the implementation of step c) preferably free of dopant precursors and / or free of inert gas.
  • a dopant precursor is to be understood as a precursor from which the dopant source is provided in step b).
  • the dopant source is to be understood as a source for a dopant that diffuses into the wafer, so that an emitter diffusion layer is formed. Examples of the
  • Dopant precursors are, for example, POCl 3 and BBr 3 .
  • the phrase "covering a surface of the wafer" includes coating one
  • the inert gas is used to ensure a water-free atmosphere.
  • Dopant precursors such as POCI 3 and BBr 3 are sensitive to hydrolysis and decompose violently in water.
  • the wafer is preferably a silicon wafer.
  • the wafer is subjected to the solar cell manufacturing process on one side, i.e. preferably, either a front or a back of the wafer is subjected to the solar cell manufacturing process.
  • a plurality of wafers are preferably subjected to process steps a), b) and c) at the same time. Preferred are the wafers, which together comprise steps a), b) and c)
  • the plurality of wafers are filled as a batch of wafers into a diffusion boat, so that a predetermined even number of wafers is provided in rows in receiving devices such as slots in the diffusion boat.
  • two wafers are each arranged in such a way that they form a form-fitting wafer package, the sides of which are not to be doped, in particular the rear sides of which are congruent.
  • the temperature when carrying out step c) is preferably higher than the temperature when carrying out step a).
  • the temperature when carrying out steps a) and b) is preferably the same.
  • the temperature when carrying out step c) is at least 20 ° C., more preferably at least 40 ° C., higher than the temperature when carrying out step b).
  • a pressure when carrying out step a) is preferably higher than or equal to a pressure when carrying out step b).
  • the pressure when carrying out step a) is preferably up to 4 times higher than a pressure when carrying out step b).
  • a pressure when performing step c) is preferably higher than a pressure when performing step b).
  • a pressure when carrying out step c) is preferably 6 times, preferably 8 times, higher than a pressure when carrying out step b).
  • the temperature in step a) is at least 750 ° C. More preferably, the temperature in step a) is at least
  • the temperature in step a) is more preferably in a range from 700 ° C. to 900 ° C., more preferably in a range from 750 to 850 ° C.
  • a pressure in step a) is preferably in the range from 50 to 300 mbar.
  • the pressure in step a) is more preferably in the range from 50 to 200 mbar.
  • the temperature in step b) is at least 750 ° C. More preferably, the temperature in step b) is at least
  • step b) is carried out at a temperature in the range from 700 to 900 ° C.
  • step b) is more preferably carried out at a temperature in the range from 750 to 850 ° C.
  • Step b) is preferably carried out at a pressure in the range from 30 to 70 mbar.
  • Step b) is more preferably carried out at a pressure in the range from 40 to 60 mbar.
  • the temperature in step c) is at least 800 ° C. More preferably, the temperature in step c) is at least
  • Step c) is more preferred at a temperature in the range of 750 to 950 ° C carried out.
  • Step c) is more preferably carried out at a temperature of 800 to 900 ° C.
  • Step c) is preferably carried out at a pressure in the range from 700 to 900 mbar.
  • Step c) is more preferably carried out at a pressure of 750 to 850 mbar.
  • Step c) is preferably carried out using the oxidizing agent, more preferably using 0 2 .
  • the presence of oxygen in step c) continues to affect the efficiency after
  • solar cell manufacturing method obtained positive solar cells.
  • the dopant precursor POCI 3 (phosphorus oxychloride) is preferred.
  • POCI 3 phosphorus oxychloride
  • step b) the dopant precursor reacts to form PSG (phosphorus silicate glass).
  • PSG phosphorus silicate glass
  • the PSG serves as a dopant source, from which when in contact with silicon
  • Wafer material forms atomic phosphorus as dopant and silicon dioxide through a redox reaction.
  • the dopant diffusing into the wafer is therefore phosphorus, which penetrates into the silicon as the wafer material on the basis of the concentration gradient.
  • the depth of a doping profile is set by means of the temperature and / or an emitter diffusion layer is formed.
  • POCI 3 is effectively suitable for carrying out the method according to the invention. With this dopant precursor, a solar cell with an optimized efficiency is obtained.
  • the inert gas examples include noble gases and nitrogen.
  • the inert gas is preferably N 2 (nitrogen). Nitrogen is inexpensive and very inert, and effectively suitable to use water in particular
  • the oxidizing agent is preferably O2 (oxygen). This is an effective and inexpensive oxidizer.
  • the wafer is preferably textured.
  • the wafer subjected to the solar cell manufacturing process is preferably textured.
  • a wafer subjected to a texturing step often has contaminants on its surface. These can be effectively removed by the solar cell manufacturing method according to the invention.
  • the invention further relates to a solar cell obtained by the method according to one or more of the described embodiments.
  • Wafer batches are joined together, a better Voc and a better FF are obtained compared to wafers, which are only subjected to steps b) and c) but not step a), while the wafers undergo a BtB (back-to-back -) Wafer batch are assembled.
  • Fig. 1 is a flowchart of a method according to the invention for
  • FIGS. 3 to 5 each graph with a comparison of after
  • 1 shows a flow chart of a method according to the invention for producing a solar cell.
  • a pre-cleaning of a wafer is carried out by exposing a wafer to an atmosphere
  • Step 10 is followed by step 11, in which covering a surface of the wafer with a layer by exposing the wafer to an atmosphere of the dopant precursor, the inert gas and an oxidizing agent at a temperature of min. 700 ° C is carried out, the layer having a reaction product of the dopant precursor, the oxidizing agent and optionally a material of the wafer and serving as a dopant source for a dopant to be diffused into the wafer.
  • Step 11 is followed by a step 12 in which the dopant is driven into the wafer by exposing the wafer to a higher one
  • step b) Temperature than in step b) is carried out, whereby an emitter diffusion layer is formed between the layer formed in step 11 and the wafer and / or a lower doping profile of an emitter diffusion layer formed in step 11 is achieved.
  • FIG. 2a to 2c show a method according to the invention in chronological order.
  • a wafer 1 made of silicon is exposed on one side to an atmosphere consisting of a dopant precursor in the form of POCl 3 and an inert gas in the form of N 2 at a temperature of 800 ° C. and a pressure of 200 mbar.
  • atomic phosphorus can be formed as a dopant from the layer 2 comprising PSG and the silicon wafer material, which diffuses into the wafer 1, wherein an emitter diffusion layer can be formed, which is not shown in FIG. 2b.
  • the wafer 1 as shown in Fig. 2c, an atmosphere of the oxidizing agent in the form of 0 2 and exposed to a temperature of 800 ° C and a pressure of 800 mbar, so that the dopant is driven into the wafer 1, so that a
  • emitter diffusion layer 3 between wafer 1 and layer 2 and / or a deeper doping profile of an emitter diffusion layer formed in the step shown in FIG. 2b is achieved.
  • FIGS. 3 to 5 each show graphs with a comparison of solar cells obtained by the solar cell manufacturing method according to the invention and solar cells obtained by steps b) and c) without step a) for Ncell, Voc and FF.
  • the graphs are so-called boxplots with median (also shown as a number next to it), as well as upper and lower quartile.
  • the wafers were subjected to steps a), b) and c), while the wafers are combined to form a BtB (back-to-back) wafer batch. They are therefore referred to as BtB in FIGS. 3 to 5.
  • Wafer batch are assembled. They serve as a reference and are called Ref.
  • a gain at Voc of 5mV and FF is 0.22% abs and an efficiency of 0.21% abs with the solar cells according to the invention compared to the reference solar cells.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Solarzellen-Herstellungsverfahren, aufweisend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge: a) Aussetzen eines Wafers (1) einer Atmosphäre aus einem Dotandenpräkursor und einem Inertgas bei einer Temperatur von mind. 700°C, b) Belegen einer Oberfläche des Wafers mit einer Schicht (2) mittels Aussetzens des Wafers (1) einer Atmosphäre aus dem Dotandenpräkursor, dem Inertgas und einem Oxidationsmittel bei einer Temperatur von min. 700°C, welche ein Reaktionsprodukt aus dem Dotandenpräkursor, dem Oxidationsmittel und optional einem Material des Wafers (1) aufweist und als Dotandenquelle für einen in den Wafer (1) einzudiffundierenden Dotanden zur Erzeugung eines Emitters dient, und c) Eintreiben des Dotanden in den Wafer (1) mittels Aussetzens des Wafers (1) einer höheren Temperatur als in Schritt b). Ferner betrifft die Erfindung eine Solarzelle, die oder der nach dem Verfahren erhalten ist.

Description

Titel: Solarzellen-Herstellungsverfahren und Solarzelle
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Solarzellen-Herstellungsverfahren und eine
Solarzelle. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Solarzellen- Herstellungsverfahren, das einen Emitter-Diffusionsprozess umfasst, sowie eine nach dem Solarzellen-Herstellungsverfahren erhaltene Solarzelle.
Bei einem Emitter-Diffusionsprozess wird eine Oberfläche eines
Halbleiterwafers mit einer Schicht mittels Aussetzens des Wafers einer
Atmosphäre aus einem Dotandenpräkursor, einem Inertgas und einem
Oxidationsmittel belegt. Diese Schicht weist ein Reaktionsprodukt aus einer Reaktion des Dotandenpräkursors und dem Oxidationsmittel und ggf. eines Wafermaterials auf. Dieses Reaktionsprodukt dient als Dotandenquelle für einen in den Wafer einzudiffundierenden Dotanden zur Erzeugung eines Emitters in dem Wafer. Der Dotand kann weiterhin aus der Dotandenquelle in den Wafer mittels Aussetzens des Wafers einer höheren Temperatur als in dem vorangehenden Schritt eingetrieben werden, wodurch eine
Emitterdiffusionsschicht ausgebildet wird und/oder ein tieferes Dotierprofil einer in dem vorangehenden Schritt gebildeten Emitterdiffusionsschicht erzeugt wird. Problematisch ist, dass die Oberfläche des Wafers beispielsweise nach einem Texturiervorgang Verunreinigungen aufweist. Diese Verunreinigungen wirken sich nachteilig auf den Wirkungsgrad einer Solarzelle aus, die den Wafer aufweist, der dem vorstehend beschriebenen Emitter-Diffusionsprozess unterzogen wurde.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Solarzellen-Herstellungsverfahren bereitzustellen, mittels dem eine Solarzelle erhalten wird, die einen optimierten Wirkungsgrad aufweist. Die Aufgabe wird durch ein Solarzellen-Herstellungsverfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Solarzelle und einen Wafer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Solarzellen-Herstellungsverfahren, aufweisend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge:
a) Aussetzen eines Wafers (1 ) einer Atmosphäre aus einem
Dotandenpräkursor und einem Inertgas bei einer Temperatur von mind. 700°C,
b) Belegen einer Oberfläche des Wafers mit einer Schicht (2) mittels Aussetzens des Wafers (1 ) einer Atmosphäre aus dem Dotandenpräkursor, dem Inertgas und einem Oxidationsmittel bei einer Temperatur von min. 700°C, welche ein Reaktionsprodukt aus dem Dotandenpräkursor, dem Oxidationsmittel und optional einem Material des Wafers (1 ) aufweist und als Dotandenquelle für einen in den Wafer (1 ) einzudiffundierenden Dotanden zur Erzeugung eines Emitters dient, und
c) Eintreiben des Dotanden in den Wafer (1 ) mittels Aussetzens des Wafers (1 ) einer höheren Temperatur als in Schritt b).
Mittels des Solarzellen-Herstellungsverfahrens kann eine Solarzelle erhalten werden, die einen optimierten Voc, einen optimierten FF und einen
optimierten Wirkungsgrad (Ncell) aufweist. Voc steht für open Circuit voltage und wird auch als offene Klemmenspannung oder Leerlaufspannung bezeichnet. FF steht für filling factor und wird auch als Füllfaktor bezeichnet. Ncell steht für den Wirkungsgrad einer Solarzelle.
Der Schritt a) beruht auf dem Gedanken, dass der Dotandenpräkursor ein Dotanden-Ion und Gegenionen aufweist und in diesem Schritt bei der relativ hohen Temperatur aufgespalten wird, so dass die Gegenionen beispielsweise Halogen-Ionen in der Atmosphäre vorhanden sind, welche mit
Oberflächenverunreinigungen des Wafers reagieren können und somit flüchtige Verbindungen eingehen können, welche dann abdampfen können. Dadurch können die Verunreinigungen an der Oberfläche des Wafers effektiv entfernt werden. Im Gegensatz zu dem Schritt b) ist die Atmosphäre während der Durchführung des Schritts a) oxidationsmittelfrei. Dadurch wird verhindert, dass die der Atmosphäre ausgesetzte Oberfläche des Wafers mit einer Schicht belegt wird, die aus einer Oxidationsreaktion resultiert.
Der Schritt b) dient dazu, die Oberfläche des Wafers mit der Schicht zu belegen, die das Reaktionsprodukt aus dem Dotandenpräkursor, dem
Oxidationsgas und ggf. dem Wafermaterial aufweist und damit eine
Dotandenquelle enthält, aus der ein Dotand bereitgestellt werden kann, der in den Wafer eindiffundieren soll. Der Schritt c) dient zum Eintreiben des Dotanden in den Wafer, sodass eine Emitterdiffusionsschicht zwischen dem Wafer und der als Dotandenquelle dienenden Schicht ausgebildet wird und/oder ein tieferes Dotierprofil einer in dem Schritt b) ausgebildeten Emitterdiffusionsschicht erzielt wird.
Während der Durchführung des Schritts b) wird bevorzugt auf der der
Atmosphäre ausgesetzten Oberfläche des Wafer eine Dotandenquelle-haltige Glasschicht ausgebildet. Beispielsweise ist die in Schritt b) erzeugte Schicht PSG (Phosphorsilikatglas), wenn der Dotandenpräkursor Phosphor enthält und beispielsweise POCl3 ist und das Wafermaterial Silizium aufweist. Alternativ kann die in Schritt b) erzeugte Schicht auch Borglas sein, wenn der
Dotandenpräkursor Bor enthält beispielsweise BBr3 ist. Diese Dotandenquelle- haltige Glasschicht wirkt als Dotandenquelle. Auf Basis des
Konzentrationsgradienten entsprechend Fick’schem Gesetz diffundiert der Dotand aus der Dotandenquelle in das Wafermaterial wie beispielsweise Silizium ein. In dem Schritt c) wird der Dotand in den Wafer eingetrieben, was mittels der gegenüber dem Schritt b) erhöhten Temperatur realisiert wird, so dass eine Emitterdiffusionsschicht ausgebildet wird und/oder ein tieferes Dotierprofil einer in dem Schritt b) gebildeten Emitterdiffusionsschicht ausgebildet wird. Im Gegensatz zu dem Schritt b) ist die Atmosphäre während der Durchführung des Schritts c) bevorzugt dotandenpräkusorfrei und/oder inertgasfrei.
Unter einem Dotandenpräkursor ist ein Vorläufer zu verstehen, aus dem die Dotandenquelle in Schritt b) bereitgestellt wird. Unter der Dotandenquelle ist eine Quelle für einen Dotanden zu verstehen, der in den Wafer diffundiert, so dass eine Emitterdiffusionsschicht gebildet wird. Beispiele für den
Dotandenpräkursor sind beispielsweise POCl3 und BBr3. Die Formulierung „Belegen einer Oberfläche des Wafers“ umfasst ein Beschichten einer
Oberfläche des Wafers.
Das Inertgas dient dazu, eine wasserfreie Atmosphäre zu gewährleisten.
Dotandenpräkursor wie POCI3 und BBr3 sind hydrolyseempfindlich und zersetzen sich heftig in Wasser.
Bei dem Wafer handelt es sich bevorzugt um einen Siliziumwafer. Bevorzugt wird der Wafer dem Solarzellen-Herstellungsverfahren einseitig unterzogen, d.h. bevorzugt wird entweder eine Vorderseite oder eine Rückseite des Wafers dem Solarzellen-Herstellungsverfahren unterzogen. Bevorzugt werden mehrere Wafer gleichzeitig jeweils den Verfahrensschritten a), b) und c) unterzogen. Bevorzugt sind die Wafer, die gemeinsam den Schritten a), b) und c)
unterzogen werden, zu einer als BtB- (Back-to-back-) Wafercharge
zusammengefügt. Die mehreren Wafer werden dazu als Wafercharge in ein Diffusions-Boot gefüllt, so dass eine vorbestimmte gerade Anzahl von Wafern in Aufnahmeeinrichtungen wie Schlitze des Diffusions-Bootes reihenmäßig bereitgestellt wird. Bei der BtB-Wafercharge werden jeweils zwei Wafer derart angeordnet, dass sie ein formschlüssiges Waferpaket bilden, deren jeweils nicht zu dotierenden Seiten insbesondere ihre Rückseiten deckungsgleich aneinander gelegt sind.
Die Temperatur bei der Durchführung des Schritts c) ist bevorzugt höher als die Temperatur bei der Durchführung des Schritts a). Bevorzugt ist die Temperatur bei der Durchführung der Schritten a) und b) gleich. Bevorzugt ist die Temperatur bei der Durchführung des Schritts c) ist um mind. 20° C bevorzugter mind. 40°C höher als die Temperatur bei der Durchführung des Schritts b).
Bevorzugt ist ein Druck bei der Durchführung des Schritts a) höher oder gleich einem Druck während der Durchführung des Schritts b). Bevorzugt ist der Druck bei der Durchführung des Schritts a) bis 4 Mal höher als ein Druck während der Durchführung des Schritts b). Bevorzugt ist ein Druck bei der Durchführung des Schritts c) höher als ein Druck während der Durchführung des Schritts b).
Bevorzugt ist ein Druck bei der Durchführung des Schritts c) 6 Mal, bevorzugt 8 Mal, höher als ein Druck während der Durchführung des Schritts b).
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur in dem Schritt a) mind. 750° C. Bevorzugter beträgt die Temperatur in dem Schritt a) mind.
780° C. Bevorzugter liegt die Temperatur in dem Schritt a) in einem Bereich von 700° C bis 900° C noch bevorzugter in einem Bereich von 750 bis 850° C. Bevorzugt liegt ein Druck in dem Schritt a) im Bereich von 50 bis 300 mbar. Bevorzugter liegt der Druck in dem Schritt a) im Bereich von 50 bis 200 mbar. Diese Parameter sind vorteilhaft, um weiterhin die optimierte Voc, den optimierten FF und den optimierten Ncell zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur in dem Schritt b) mind. 750° C. Bevorzugter beträgt die Temperatur in dem Schritt b) mind.
780° C. Bevorzugter wird der Schritt b) bei einer Temperatur im Bereich von 700 bis 900° C durchgeführt. Noch bevorzugter wird der Schritt b) bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 850° C durchgeführt. Bevorzugt wird der Schritt b) bei einem Druck im Bereich von 30 bis 70 mbar durchgeführt.
Bevorzugter wird der Schritt b) bei einem Druck im Bereich von 40 bis 60 mbar durchgeführt. Diese Parameter sind vorteilhaft, um weiterhin die optimierte Voc, den optimierten FF und den optimierten Ncell zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Temperatur in dem Schritt c) mind. 800° C. Bevorzugter beträgt die Temperatur in dem Schritt c) mind.
850° C. Bevorzugter wird der Schritt c) bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 950° C durchgeführt. Noch bevorzugter wird der Schritt c) bei einer Temperatur von 800 bis 900° C durchgeführt. Bevorzugt wird der Schritt c) bei einem Druck im Bereich von 700 bis 900 mbar durchgeführt. Bevorzugter wird der Schritt c) bei einem Druck von 750 bis 850 mbar durchgeführt. Diese Parameter sind vorteilhaft, um weiterhin die optimierte Voc, den optimierten FF und den optimierten Ncell zu erzielen.
Bevorzugt wird Schritt c) unter Verwendung des Oxidationsmittels bevorzugter unter Verwendung von 02 durchgeführt. Die Gegenwart von Sauerstoff in dem Schritt c) beeinflusst weiterhin den Wirkungsgrad der nach dem
erfindungsgemäßen Solarzellen-Herstellungsverfahren erhaltenen Solarzellen positiv.
Bevorzugt ist der Dotandenpräkursor POCI3 (Phosphoroxychlorid). Der
Dotandenpräkursor reagiert in Schritt b) zu PSG (Phosphorsilikatglas). Das PSG dient als Dotandenquelle, aus der sich bei Kontakt mit Silizium als
Wafermaterial durch eine Redoxreaktion atomarer Phosphor als Dotand und Siliziumdioxid bildet. Der in den Wafer eindiffundierende Dotand ist also Phosphor, der auf Basis des Konzentrationsgradienten in das Silizium als Wafermaterial eindringt. In dem Schritt c) wird die Tiefe eines Dotierprofils mittels der Temperatur eingestellt und/oder eine Emitterdiffusionsschicht gebildet. POCI3 eignet sich effektiv zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit diesem Dotandenpräkursor wird weiterhin eine Solarzelle mit einem optimierten Wirkungsgrad erhalten.
Beispiele für das Inertgas sind Edelgase und Stickstoff. Bevorzugt ist das Inertgas N2 (Stickstoff). Stickstoff ist kostengünstig und sehr reaktionsträge, und effektiv geeignet, um insbesondere Wasser von den eingesetzten
Reagenzien /Materialen während der Durchführung des Solarzellen- Herstellungsverfahrens fernzuhalten.
Bevorzugt ist das Oxidationsmittel O2 (Sauerstoff). Dies ist ein effektives und kostengünstiges Oxidationsmittel. Bevorzugt ist der Wafer texturiert. Der in dem Solarzellen- Herstellungsverfahren unterzogene Wafer ist bevorzugt texturiert. Ein einem Texturierschritt unterzogener Wafer weist häufig Verunreinigungen an seiner Oberfläche auf. Diese können durch das erfindungsgemäße Solarzellen- Herstellungsverfahren effektiv entfernt werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solarzelle, erhalten nach dem Verfahren gemäß einer oder mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen.
Insbesondere wenn mehrere Wafer jeweils den Schritten a), b) und c) unterzogen werden, während die Wafer zu einer BtB- (Back-to-Back-)
Wafercharge zusammengefügt sind, wird ein besserer Voc und ein besserer FF im Vergleich zu Wafern erhalten, die jeweils nur den Schritten b) und c) aber nicht dem Schritt a) unterzogen werden, während die Wafer zu einer BtB- (Back-to-Back-) Wafercharge zusammengefügt sind. Im Vergleich zu den Wafern, die nur Schritt b) und c) aber nicht Schritt a) unterzogen werden, wird ein Gewinn bei Voc von 5mV und FF von 0,22% abs und ein Wirkungsgrad von Ncell (Ncell = Anzahl der Solarzellen in einem Solarmodul) von 0,21% abs erzielt.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Figuren gezeigt und nachfolgend exemplarisch beschrieben. Es zeigen schematisch und nicht maßstabsgetreu:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung einer Solarzelle;
Fig. 2a bis 2c ein erfindungsgemäßes Verfahren in zeitlicher Abfolge; und Fig. 3 bis 5 jeweils Graphen mit einem Vergleich von nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Solarzellen und nach einem Verfahren mit den Schritten b) und c) ohne Schritt a) erhaltenen Solarzellen für Ncell, Voc und FF. Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Solarzelle. In einem Schritt 10 wird ein Vorreinigen eines Wafers mittels Aussetzen eines Wafers einer Atmosphäre aus einem
Dotandenpräkursor und einem Inertgas bei einer Temperatur von mind. 700°C durchgeführt. An den Schritt 10 schließt sich ein Schritt 11 an, in dem ein Belegen einer Oberfläche des Wafers mit einer Schicht mittels Aussetzens des Wafers einer Atmosphäre aus dem Dotandenpräkursor, dem Inertgas und einem Oxidationsmittel bei einer Temperatur von min. 700° C durchgeführt wird, wobei die Schicht ein Reaktionsprodukt aus dem Dotandenpräkursor, dem Oxidationsmittel und optional einem Materials des Wafers aufweist und als Dotandenquelle für einen in den Wafer einzudiffundierenden Dotanden dient.
An den Schritt 11 schließt sich ein Schritt 12 an, in dem ein Eintreiben des Dotanden in den Wafer mittels Aussetzens des Wafers einer höheren
Temperatur als in Schritt b) durchgeführt wird, wodurch zwischen der in dem Schritt 11 gebildeten Schicht und dem Wafer eine Emitterdiffusionsschicht ausgebildet wird und/oder ein tieferes Dotierprofil einer in dem Schritt 11 gebildeten Emitterdiffusionsschicht erreicht wird.
Fig. 2a bis 2c zeigen ein erfindungsgemäßes Verfahren in zeitlicher Abfolge. In Fig.2a wird ein Wafer 1 aus Silizium einseitig einer Atmosphäre aus einem Dotandenpräkursor in Form von POCl3 und einem Inertgas in Form von N2 bei einer Temperatur von 800°C und einem Druck von 200 mbar ausgesetzt.
Anschließend wird der Wafer 1 einseitig, wie in Fig. 2b gezeigt, einer
Atmosphäre aus dem Dotandenpräkursor in Form von POCI3, dem Inertgas in Form von N2 und einem Oxidationsmittel in Form von 02 bei einer Temperatur von 800° C und einem Druck von 50 mbar ausgesetzt, so dass der Wafers 1 mit einer PSG aufweisende Schicht 2 einseitig belegt wird, die als Dotandenquelle dient. Aus der PSG aufweisenden Schicht 2 und dem Silizium-Wafermaterial kann neben Siliziumdioxid atomarer Phosphor als Dotand gebildet werden, der in den Wafer 1 diffundiert, wobei einer Emitterdiffusionschicht ausgebildet werden kann, die nicht in Fig. 2b gezeigt ist. Danach wird der Wafer 1 , wie in Fig. 2c gezeigt, einer Atmosphäre aus dem Oxidationsmittel in Form von 02 und einer Temperatur von 800°C und einem Druck von 800 mbar ausgesetzt, so dass der Dotand in den Wafer 1 eingetrieben wird, so dass sich eine
Emitterdiffusionsschicht 3 zwischen dem Wafer 1 und der Schicht 2 bildet und/oder ein tieferes Dotierprofil einer in dem in Fig. 2b gezeigten Schritt gebildeten Emitterdiffusionsschicht erreicht wird.
Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils Graphen mit einem Vergleich von nach dem erfindungsgemäßen Solarzellen-Herstellungsverfahren erhaltenen Solarzellen und nach einem Verfahren mit den Schritten b) und c) ohne Schritt a) erhaltenen Solarzellen für Ncell, Voc und FF. Bei den Graphen handelt es sich um sogenannte Boxplots mit Median (auch als Zahl daneben dargestellt), sowie oberem und unterem Quartil. Bei den nach den nach dem erfindungsgemäßen Solarzellen-Herstellungsverfahren erhaltenen Solarzellen wurden die Wafer den Schritten a), b) und c) unterzogen, während die Wafer zu einer BtB- (Back-to- Back-) Wafercharge zusammengefügt sind. Sie sind in den Figuren 3 bis 5 daher als BtB bezeichnet.
Bei den nach dem Verfahren mit den Schritten b) und c) ohne Schritt a) erhaltenen Solarzellen wurden die Wafer den Schritten b) und c) aber nicht Schritt a) unterzogen, während die Wafer zu einer BtB- (Back-to-Back-)
Wafercharge zusammengefügt sind. Sie dienen als Referenz und sind als Ref bezeichnet. Im Vergleich zu den Wafern, die nur Schritt b) und c) aber nicht Schritt a) unterzogen wurden, wird ein Gewinn bei Voc von 5mV und FF von 0,22% abs und ein Wirkungsgrad von 0,21% abs bei den erfindungsgemäßen Solarzellen im Vergleich zu den Referenz-Solarzellen erzielt. Bezugszeichenliste:
1 Wafer
2 Schicht
3 Emitterdiffusionsschicht
10 Vorreinigen
11 Belegen
12 Einbringen

Claims

Patentansprüche:
1. Solarzellen-Herstellungsverfahren, aufweisend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge:
a) Aussetzen eines Wafers (1 ) einer Atmosphäre aus einem
Dotandenpräkursor und einem Inertgas bei einer Temperatur von mind. 700°C,
b) Belegen einer Oberfläche des Wafers mit einer Schicht (2) mittels Aussetzens des Wafers (1 ) einer Atmosphäre aus dem Dotandenpräkursor, dem Inertgas und einem Oxidationsmittel bei einer Temperatur von min. 700°C, welche ein Reaktionsprodukt aus dem Dotandenpräkursor, dem Oxidationsmittel und optional einem Material des Wafers (1 ) aufweist und als Dotandenquelle für einen in den Wafer (1 ) einzudiffundierenden Dotanden zur Erzeugung eines Emitters dient, und
c) Eintreiben des Dotanden in den Wafer (1 ) mittels Aussetzens des Wafers (1 ) einer höheren Temperatur als in Schritt b).
2. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Temperatur in dem Schritt a) mind. 750° C, bevorzugt mind. 780° C beträgt und ein Druck in dem Schritt a) im Bereich von 50 bis 300 bar bevorzugt 50 bis 200 mbar liegt.
3. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) bei einer Temperatur von mind. 750°C bevorzugt mind. 800° C und einem Druck im Bereich von 30 bis 70 mbar bevorzugt 40 bis 60 mbar durchgeführt wird.
4. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt c) bei einer Temperatur von mind. 800° C bevorzugt mind. 850° C und einem Druck im Bereich von 700 bis 900 mbar bevorzugt 750 bis 850 mbar durchgeführt wird.
5. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dotandenpräkursor POCl3 ist.
6. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas N2 ist.
7. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel O2 ist.
8. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (1 ) texturiert ist.
9. Solarzellen-Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wafer (1 ) jeweils den Schritten a), b) und c) unterzogen werden, wobei die Wafer (1 ) zu einer BtB- (Back-to-Back-) Wafercharge zusammengefügt sind.
10. Solarzelle, erhalten nach einem der Verfahren nach einem der
vorangehenden Ansprüche.
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