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DE10045249A1 - Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen des Bauelements - Google Patents

Photovoltaisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen des Bauelements

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Publication number
DE10045249A1
DE10045249A1 DE10045249A DE10045249A DE10045249A1 DE 10045249 A1 DE10045249 A1 DE 10045249A1 DE 10045249 A DE10045249 A DE 10045249A DE 10045249 A DE10045249 A DE 10045249A DE 10045249 A1 DE10045249 A1 DE 10045249A1
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DE
Germany
Prior art keywords
silicon wafer
doping
type semiconductor
contacting
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10045249A
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfgang Kruehler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SolarWorld Industries Deutschland GmbH
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
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Priority to EP01982290A priority patent/EP1317778A1/de
Priority to PCT/EP2001/010653 priority patent/WO2002023639A1/en
Priority to CN018155529A priority patent/CN1217420C/zh
Priority to US10/380,150 priority patent/US7029943B2/en
Priority to JP2002527583A priority patent/JP2004510323A/ja
Publication of DE10045249A1 publication Critical patent/DE10045249A1/de
Priority to US11/326,683 priority patent/US20060102976A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Bauelement mit mindestens einer trikristallinen Siliziumscheibe (2). Die Siliziumscheibe weist eine bestimmte Grunddotierung, eine Lichteinfallsseite (3), eine der Lichteinfallsseite abgekehrte elektrische Kontaktierungsseite (4) und mindestens eine an der Kontaktierungsseite angeordnete interdigitale Halbleiterstruktur (5) mit mindestens einer n-leitenden Halbleiterteilstruktur (6) und mindestens einer in einem bestimmten Abstand (8) zur n-leitenden Halbleiterteilstruktur angeordneten p-leitenden Halbleiterteilstruktur (7). Dabei bilden eine der Halbleiterteilstrukturen und die Siliziumscheibe einen p/n-Übergang (9). Das Herstellen des Bauelements umfasst ein Herstellen der Kontaktierungsseite der Siliziumscheibe (Rückseitenkontaktierung) mit den Verfahrensschritten: a) Bereitstellen einer trikristallinen Siliziumscheibe mit einer bestimmten Grunddotierung, b) Erzeugen einer Dotierschicht (25) der Siliziumscheibe mit einer von der Grunddotierung der Siliziumscheibe verschiedenen Schichtdotierung zum Erzeugen eines p/n-Übergangs in der Siliziumscheibe, c) Aufbringen auf der Dotierschicht eines n-leitenden Dotierstoffs (27) zum Erzeugen der n-leitenden Halbleiterteilstruktur und eines p-leitenden Dotierstoffs (28) zum Erzeugen der p-leitenden Halbleiterteilstruktur, d) Eindiffusion der Dotierstoffe in die Dotierschicht, wobei die Halbleiterteilstrukturen gebildet werden, und e) Trennen der Halbleiterteilstrukturen durch ...

Description

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Bauelement mit mindestens einer Siliziumscheibe. Die Siliziumscheibe weist eine bestimmte Grunddotierung, eine Lichteinfallsseite, eine der Lichteinfallsseite abgekehrte elektrische Kontaktierungs­ seite und mindestens eine an der Kontaktierungsseite angeord­ nete interdigitale Halbleiterstruktur mit mindestens einer n- leitenden Halbleiterteilstruktur und mindestens einer in ei­ nem bestimmten Abstand zu n-leitenden Halbleiterteilstruktur angeordneten p-leitenden Halbleiterteilstruktur. Dabei bilden eine der Halbleiterteilstrukturen und die Siliziumscheibe ei­ nen p/n-Übergang. Neben dem Bauelement wird ein Verfahren zum Herstellen des Bauelements angegeben.
Ein photovoltaisches Bauelement der genannten Art ist aus der Veröffentlichung "High Efficiency Silicon Point-Contact Solar Cells for Concentrator and high Value One-Sun Application" von Verlinden et al., 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference bekannt. Das photovoltaische Bauelement ist eine Solarzelle, die der Umwandlung elektromagnetischer Energie in elektrische Energie dient. Kernstück des Bauelements ist eine Siliziumscheibe (Siliziumwafer). Die Siliziumscheibe ist ein flacher, monokristalliner Körper aus Silizium mit zwei einan- der entgegengesetzt gerichteten Hauptflächen. Eine Dicke der Siliziumscheibe beträgt beispielsweise 160 µm und ist wesent­ lich kleiner als eine laterale Ausdehnung (Durchmesser) der Siliziumscheibe. Die laterale Ausdehnung der Siliziumscheibe beträgt beispielsweise 7,26 cm.
Die Siliziumscheibe weist Silizium als Basismaterial auf. Zu­ dem weist die Siliziumscheibe eine bestimmte Grunddotierung auf. Unter Grunddotierung bzw. Dotierung im Allgemeinen ver­ steht man einen Einbau eines Dotierstoffs (Fremdatom) in ein Basismaterial zur Veränderung einer elektrischen Eigenschaft des Basismaterials. Ein gängiger Dotierstoff für das Basisma­ terial Silizium ist ein Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems zur Erzeugung einer p-Dotierung und ein Ele­ ment der fünften Hauptgruppe des Periodensystems zur Erzeu­ gung einer n-Dotierung.
Die Siliziumscheibe verfügt über eine Lichteinfallsseite (Frontseite). Im Betrieb des photovoltaischen Bauelements ge­ langt über die Lichteinfallsseite, die im vorliegenden Fall texturiert ist, elektromagnetische Strahlung in die Silizium­ scheibe. Zur Erzeugung eines Photostroms ist auf der Kontak­ tierungsseite (Rückseite) der Siliziumscheibe eine interdigi­ tale Halbleiterstruktur angeordnet. Diese Halbleiterstruktur besteht aus einer n-leitenden Halbleiterteilstruktur und ei­ ner p-leitenden Halbleiterteilstruktur. Eine der Halbleiter­ teilstrukturen bildet zusammen mit der Siliziumscheibe die für die Erzeugung des Photostroms notwendigen p/n-Übergänge.
Die Halbleiterteilstrukturen sind in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass zwischen den in- terdigitalen Halbleiterteilstrukturen keine p/n-Übergänge vorhanden sind. Die Halbleiterteilstrukturen sind beispiels­ weise gitter- oder fingerförmig. Sie bestehen aus einer Viel­ zahl von Stegen, wobei ein Steg einer Halbleiterteilstruktur von einem Steg der anderen Halbleiterteilstruktur beispiels­ weise durch einen Graben getrennt ist. Die Halbleiterteil­ strukturen greifen derart ineinander, dass eine Fläche mög­ lichst groß ist, die durch einander gegenüber liegend ange­ ordnete Stege der p- und n-leitende Halbleiterteilstrukturen erzeugt wird.
Eine der Halbleiterteilstrukturen bildet zusammen mit der Si­ liziumscheibe eine Basis des photovoltaischen Baulements. Die andere Halbleiterteilstruktur bildet einen Emitter des photo­ voltaischen Bauelements. Zur elektrischen Kontaktierung der interdigitalen Halbleiterstruktur ist eine interdigitale Kon- taktierungsstruktur auf der interdigitalen Halbleiterstruktur aufgebracht mit einer Kontaktierungsteilstruktur zur elektri­ schen Kontaktierung der n-leitenden Halbleiterteilstruktur und einer Kontaktierungsteilstruktur zur elektrischen Kontak­ tierung der p-leitenden Halbleiterteilstruktur.
Eine Schichtdicke der Siliziumscheibe ist auf 160 µm be­ schränkt. Dies erklärt sich damit, dass das photovoltaische Bauelement der genannten Art mit einer einkristallinen Sili­ ziumscheibe ausgestattet ist. Bei einer Schichtdicke von un- ter 160 µm ist eine mechanische Stabilität der einkristalli­ nen Siliziumscheibe nicht gewährleistet.
Aus DE 43 43 296 C2 geht ein photovoltaisches Bauelement mit einer trikristallinen Siliziumscheibe hervor. Die Silizium­ scheibe besteht aus drei gegeneinander verkippten, kreissek­ torförmigen, monokristallinen Bereichen. Mit einer derartigen Siliziumscheibe kann eine Schichtdicke der Siliziumscheibe von bis zu 60 µm herab erzeugt werden, ohne dass die mechani­ sche Stabilität der Siliziumscheibe beeinträchtigt wird. Zur elektrischen Kontaktierung bzw. zur Realisierung des photo­ voltaischen Bauelements ist eine Halbleiterstruktur mit zuge­ höriger elektrischer Kontaktierungsstruktur auf der Lichtein- fallsseite der Siliziumscheibe angebracht. Diese Halbleiter­ teilstruktur und zugehörige elektrische Kontaktierungsstruk­ tur sind als Gitter- bzw. Fingerstruktur ausgestaltet. Da diese Strukturen auf der Lichteinfallsseite angeordnet sind, kann es zu einer Abschattung eines photoelektrisch aktiven Materials der Siliziumscheibe kommen. Eine Stromausbeute des photovoltaischen Bauelements wird reduziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie die Abschattung eines photovoltaischen Bauelements mit einer Siliziumscheibe umgangen und gleichzeitig eine mechanische Stabilität der Siliziumscheibe bei einer Schichtdicke von un- ter 160 µm gewährleistet werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein photovoltaisches Bauelement mit mindestens einer Siliziumscheibe angegeben, die eine be­ stimmte Grunddotierung, eine Lichteinfallsseite, eine der Lichteinfallsseite abgekehrte elektrische Kontaktierungsseite und mindestens eine an der Kontaktierungsseite angeordnete interdigitale Halbleiterstruktur mit mindestens einer n- leitenden Halbleiterteilstruktur und mindestens einer in ei­ nem bestimmten Abstand zur n-leitenden Halbleiterteilstruktur angeordneten p-leitenden Halbleiterteilstruktur aufweist. Ei­ ne der Halbleiterteilstrukturen und die Siliziumscheibe bil­ den einen p/n-Übergang. Das Bauelement ist dadurch gekenn- zeichnet, dass die Siliziumscheibe eine trikristalline Sili­ ziumscheibe ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines photovoltaischen Bauelements mit den genann- ten Merkmalen angegeben. Das Verfahren zum Herstellen des photovoltaischen Bauelements erfolgt durch Erzeugen der Kon- taktierungsseite der trikristallinen Siliziumscheibe mit fol­ genden Arbeitsschritten: a) Bereitstellung einer trikristal­ linen Siliziumscheibe mit einer bestimmten Grunddotierung, b) Erzeugen einer Dotierschicht der Siliziumscheibe mit einer von der Grunddotierung der Siliziumscheibe verschiedenen Schichtdotierung zum Erzeugen eines p/n-Übergangs in der Si­ liziumscheibe, c) Aufbringen auf der Dotierschicht eines n- leitenden Dotierstoffs zum Erzeugen der n-leitenden Halblei­ terteilstruktur und eines p-leitenden Dotierstoffs zum Erzeu­ gen der p-leitenden Halbleiterteilstruktur, d) Eindiffusion der Dotierstoffe in die Dotierschicht, wobei die Halbleiter­ teilstrukturen gebildet werden, und e) Trennen der Halblei­ terteilstrukturen durch Entfernen der Dotierschicht, die sich nach der Eindiffusion im Abstand zwischen den Halbleiterteil­ strukturen befindet. Gemäß dem Verfahren findet eine soge­ nannte Rückseitenkontaktierung der Siliziumscheibe bzw. des photovoltaischen Bauelements statt.
Die Siliziumscheibe verfügt über eine n- oder p- Grunddotierung. Dementsprechend bildet entweder die n- leitende Halbleiterteilstruktur oder die p-leitende Halblei­ terteilstruktur mit der Siliziumscheibe den p/n-Übergang. Dies bedeutet, dass die Siliziumscheibe zusammen mit einer der Halbleiterteilstrukturen die Basis des photovoltaischen Bauelements bildet. Der Emitter des photovoltaischen Bauele­ ments wird von der anderen Halbleiterteilstruktur gebildet.
Durch eine Absorption eines Lichtquants durch das photoaktive Material der Siliziumscheibefindet eine Ladungstrennung statt. Aufgrund der Dotierung wird ein bestimmter Minoritäts­ ladungsträger gebildet. Bei einer p-Dotierung ist der Minori­ tätsladungsträger ein Elektron, bei einer n-Dotierung ist der Minoritätsladungsträger ein "positiv geladenes" Elektronen- loch. Die Dotierschicht verfügt über eine der Grunddotierung der Siliziumscheibe entgegengesetzt gerichtete Dotierung. Dies bedeutet, dass bei einer n-leitenden Grunddotierung der Siliziumscheibe die Schichtdotierung der Dotierschicht p- leitend ist und umgekehrt.
In einer besonderen Ausgestaltung ist eine interdigitale Kon- taktierungsstruktur mit zwei Kontaktierungsteilstrukturen derart an der interdigitalen Halbleiterstruktur angeordnet, dass die n-leitende Halbleiterteilstruktur und die p-leitende Halbleiterteilstruktur jeweils zwischen einer der Kontaktie­ rungsteilstrukturen und der Siliziumscheibe angeordnet sind. Die Kontaktierungsteilstrukturen befinden sich direkt auf den Halbleiterteilstrukturen. Insbesondere entspricht dabei eine Form einer Kontaktierungsteilstruktur im Wesentlichen einer Form der entsprechenden Halbleiterteilstruktur. Die Form ist beispielsweise eine Stegbreite eines Steges einer Halbleiter­ teilstruktur. Die Kontaktierungsteilstruktur auf der n- leitenden Halbleiterteilstruktur weist beispielsweise Silber auf und die Kontaktierungsteilstruktur auf der p-leitenden Halbleiterteilstruktur beispielsweise Aluminium.
Gemäß einer besonderen Ausführung ist auf der Lichteinfalls­ seite und/oder der Kontaktierungsseite der Siliziumscheibe eine Passivierungsschicht angeordnet. Die Passivierungs­ schicht ist direkt auf einer Oberfläche der Siliziumscheibe angebracht und reduziert primär eine Wahrscheinlichkeit da­ für, dass eine einen Photostrom reduzierende Oberflächen- Ladungs-Rekombination auftritt. Zusätzlich übernimmt die Pas­ sivierungsschicht auf der Kontaktierungsseite die Aufgabe ei­ ner elektrischen Isolierung der p- und n-leitenden Halblei­ terteilstrukturen gegeneinander. Die Passivierungsschicht be­ findet sich im Abstand zwischen den p- und n-leitenden Halb­ leiterteilstrukturen. Die Passivierungsschicht weist insbe­ sondere ein Passivierungsmaterial auf, das aus der Gruppe Si­ liziumoxid und/oder Siliziumnitrid ausgewählt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist auf der Passivierungs­ schicht mindestens eine Verkapselung aus mindestens einem transparenten Material vorhanden. Insbesondere eine Verkapse­ lung auf der Passivierungsschicht der Lichteinfallsseite be­ steht aus dem transparenten Material. Das transparente Mate­ rial gewährleistet, dass die elektromagnetische Strahlung in die photoelektrisch aktive Siliziumscheibe eindringen kann. Vorzugsweise ist das transparente Material photostabil. Dies bedeutet, dass eine Transmission der Verkapselung aus dem transparenten Material während des Betriebes des photovoltai­ schen Bauelements im Wesentlichen konstant bleibt. Die Trans­ mission für eine bestimmte Wellenlänge der elektromagneti­ schen Strahlung wird beispielsweise nicht durch einen photo­ induzierten Prozess reduziert. Die Verkapselung ist vorzugs­ weise im Bereich zwischen 300 nm und 1200 nm transparent. In diesem Bereich absorbiert das Silizium für die Ladungstren- nung benötigte elektromagnetische Strahlung. Insbesondere ist das transparente Material ausgewählt aus der Gruppe Glas und/oder Ethyl-Vinyl-Acetat (EVA). Daneben ist aber auch je­ der beliebige, unter einer Anwendungsbedingung des photovol­ taischen Bauelements photostabile Kunststoff denkbar. Die An- wendungsbedingung betrifft beispielsweise einen Wellenlängen- bereich und eine Intensität der elektromagnetischen Strah­ lung.
In einer besonderen Ausgestaltung sind mehrere Siliziumschei­ ben nebeneinander derart zu einer Kette angeordnet, dass die Lichteinfallsseiten der Siliziumscheiben eine Lichteinfalls­ seite des Bauelements bilden, die Kontaktierungsseiten der Siliziumscheiben eine Kontaktierungsseite des Bauelements bilden und dass eine serielle Verschaltung der Siliziumschei­ ben im Wesentlichen nur auf der Kontaktierungsseite der Bau­ elemente angeordnet ist. Serielle Verschaltung bedeutet, dass die p/n-Übergänge der Siliziumscheiben bzw. der Solarzellen in Serie über die elektrischen Kontaktierungstrukturen ver­ knüpft sind.
Jede Siliziumscheibe bildet für sich eine Solarzelle. Die Kette der Siliziumscheiben zusammen ergeben ein Solarmodul. Der besondere Vorteil einer derartigen Anordnung besteht dar­ in, dass ein elektrischer Kontakt zur p-leitenden Halbleiter­ teilstruktur und zur n-leitenden Halbleiterteilstruktur auf einer Seite der Siliziumscheiben angeordnet ist und somit leicht automatisierbar hergestellt werden kann. Eine Ausbeute beim Bebändern, Verschalten, Laminieren und Verkapseln der Solarzellen bzw. des Solarmoduls steigt deutlich im Vergleich zur beidseitigen elektrischen Kontaktierung der Solarzellen. Es entfällt eine komplizierte Verschaltung von mehreren So­ larzellen zu einem Solarmodul, bei der zugentlastet die Lichteinfallsseiten und die Kontaktierungsseiten der Solar­ zellen mit einem geknickten bzw. gebogenen metallischen Kon- taktband verbunden werden müssen.
In einer besonderen Ausgestaltung wird zum Herstellen des photovoltaischen Bauelements als Grunddotierung der Silizium­ scheibe eine p-Dotierung und zum Erzeugen der Dotierschicht Phosphor als Dotierstoff verwendet. Insbesondere wird zum Er­ zeugen der Dotierschicht ein Schichtverbund aus Silizium­ scheibe und Phosphor-Siodop®-Schicht hergestellt und der Schichtverbund erwärmt. Beim Erwärmen wird Phosphor in die p- leitend dotierte Siliziumscheibe eingetrieben. Es entsteht die Dotierschicht mit der n-leitenden Schichtdotierung.
Mit Hilfe des Verfahrens (Rückseitenkontaktierung) kann das Bauelement leicht automatisierbar und damit kostengünstig hergestellt werden. Dies betrifft auch die Verschaltung des Bauelements in Form eines Solarmoduls. Dabei ist ein Wir­ kungsgrad des Bauelements von 20% möglich.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
Fig. 1a und 1b zeigen jeweils ein photovoltaisches Bauele­ ment im Querschnitt.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines photovoltaischen Bauele­ ments im Querschnitt.
Fig. 3a und 3b zeigen jeweils eine interdigitale Kontak­ tierungsstruktur in Aufsicht.
Fig. 4a und 4b zeigen verschiedene Verfahrensschritte zum Herstellen des photovoltaischen Bauelements.
Das photovoltaische Bauelement 1 ist eine Solarzelle 101 und besteht aus einer trikristallinen Siliziumscheibe 2 (Fig. 1a). Die trikristalline Siliziumscheibe 2 weist als Dotier­ stoff Bor und somit eine p-leitende Grunddotierung auf.
Die Siliziumscheibe 2 weist eine Schichtdicke 22 von ca. 100 µm auf. Die Siliziumscheibe verfügt über eine Lichteinfalls­ seite 3. Im Betrieb des photovoltaischen Bauelements 1 ge­ langt elektromagnetische Strahlung 19 in die photoelektrisch aktive Siliziumscheibe 2. Auf der Lichteinfallsseite 3 der Siliziumscheibe 2 ist eine Passivierungsschicht 10 aus Sili­ ziumoxid angeordnet. Über der Passivierungsschicht 10 ist ei­ ne Verkapselung 11 angeordnet. Die Verkapselung 11 ist eine Antireflexschicht zur Erhöhung einer Lichteinkoppelung in die Siliziumscheibe 2. Auf der der Lichteinfallsseite 3 abgekehr­ ten elektrischen Kontaktierungsseite 4 ist eine interdigitale Halbleiterstruktur 5 angeordnet. Die Halbleiterstruktur 5 be­ steht aus einer n-leitenden Halbleiterstruktur 6 und einer p- leitenden Halbleiterteilstruktur 7.
Diese Halbleiterteilstrukturen sind im Abstand 8 zueinander angeordnet (Fig. 2). Die n-leitende Halbleiterteilstruktur 6 und p-leitende Halbleiterteilstruktur 7 verfügen über keinen gemeinsamen p/n-Übergang. Dagegen bildet die n-leitende Halb­ leiterstruktur 6 und die p-leitend dotierte Siliziumscheibe 2 einen p/n-Übergang 9 aus.
Die Kontaktierungsseite 4 verfügt ebenfalls über eine Passi­ vierungsschicht 10. Die Passivierungsschicht 10 ist auf einer Oberfläche der Kontaktierungsseite 4 zwischen den interdigi­ talen Halbleiterstrukturen 6 und 7 angeordnet. Die Passivie­ rungsschicht 10 dient nicht nur einer Reduzierung der den Photostrom reduzierenden Oberflächen-Ladungs-Rekombination der separierten Ladungsträger. Die Passivierungsschicht 10 dient zudem einer elektrischen Isolierung der n-leitenden Halbleiterteilstruktur 6 und der p-leitenden Halbleiterteil­ struktur 7 voneinander.
Zur elektrischen Kontaktierung ist auf der interdigitalen Halbleiterstruktur 5 eine interdigitale Kontaktierungsstruk­ tur 16 mit einer Kontaktierungsteilstruktur 17 zur elektri­ schen Kontaktierung der n-leitenden Halbleiterteilstruktur 6 und einer Kontaktierungsteilstruktur 18 zur elektrischen Kon- taktierung der p-leitenden Halbleiterteilstruktur 7 aufge­ bracht. Die Stegbreite der interdigitale Kontaktierungsstruk­ tur 16 entspricht im Wesentlichen der Stegbreite der interdi­ gitalen Halbleiterstruktur 5.
Eine erste mögliche interdigitale Kontaktierungsstruktur 16 und damit auch eine interdigitale Halbleiterstruktur 5 ist in der Fig. 3a angedeutet. Dabei bilden Kontaktierungsteil­ struktur 17 und 18 und damit die n-leitenden Halbleiterteil­ struktur 6 und die p-leitende Halbleiterstruktur 7 eine kamm­ artige bzw. fingerartige Struktur aus. Diese Strukturen grei­ fen ineinander, ohne sich gegenseitig zu berühren. Eine dazu alternative Ausgestaltung der interdigitalen Kontaktierungs­ struktur 16 und der interdigitalen Halbleiterstruktur 5 ist in Fig. 3b wiedergegeben.
Gemäß einer Ausführungsform (Fig. 1b) besteht das photovol­ taische Bauelement 1 aus einer Vielzahl von oben beschriebe­ nen Siliziumscheiben 2 (Solarzellen 101). Das photovoltaische Bauelement 1 ist ein Solarmodul 102. Die Siliziumscheiben 2 des Solarmoduls 102 sind derart zu einer Kette 12 angeordnet, dass die Lichteinfallsseiten 3 der Siliziumscheiben 2 eine gemeinsame Lichteinfallsseite 13 des photovoltaischen Bauele­ ments 1 und die Kontaktierungsseiten 4 der Siliziumscheiben 2 eine gemeinsame Kontaktierungsseite 14 des photovoltaischen Bauelements 1 bilden. Die Siliziumscheiben 2 sind nebeneinan- der gleich orientiert angeordnet. Die Kette 12 der Silizium­ scheiben 2 ist ein Solarmodul 102, das durch eine leicht her­ zustellende, elektrische serielle Verschaltung 15 der einzel­ nen Siliziumscheiben 2 bzw. der einzelnen Solarzellen 101 ausgebildet ist.
Das Solarmodul 102 als Gesamtes ist in eine Verkapselung 111 aus Ethyl-Vinyl-Acetat eingebettet. Die Verkapselung 111 ist zusammen mit dem Solarmodul 102 in eine zweite Verkapselung 112 aus Glas eingebettet. In einer alternativen Ausgestaltung dazu besteht die äußere Verkapselung aus einem von Glas ver­ schiedenem transparentem Material.
Im Folgenden ist beschrieben, wie ein photovoltaisches Bau­ element durch Rückseitenkontaktierung hergestellt wird (Fig. 4a und 4b):
Zunächst wird die trikristalline Siliztumscheibe 2 bereitge­ stellt. Dazu wird aus einem trikristallinen Kristall aus p- leitend dotiertem Silizium (Bor-Dotierung) eine Silizium­ scheibe gesägt. Die Siliziumscheibe wird nach einem üblichen Verfahren gereinigt und von einer Oberflächen-Unebenheit durch Ätzen befreit. Beim Sägen kann auf einer Oberfläche der Siliziumscheibe ein Mikroriss entstehen, der durch das Ätzen entfernt wird. Dadurch erhöht sich eine mechanische Stabili­ tät der trikristallinen Siliziumscheibe.
Auf der herzustellenden Kontaktierungsseite 4 der Silizium­ scheibe 2 wird flüssiges Phosphor-Siodop® aufgeschleudert (Arbeitsschritt 401). Es entsteht ein Schichtverbund 23 aus Siliziumscheibe und darauf aufgebrachter Phosphor-Siodop®- Schicht 24. Die Phosphor-Siodop®-Schicht 24 ist einige µm dick. Der Schichtverbund 23 wird bei etwa 200°C 10 min lang erwärmt, wobei die Phosphor-Siodop®-Schicht aushärtet wird (Arbeitschritt 402).
Anschließend erfolgt eine Eindiffusion des Phosphors aus der ausgehärteten Phosphor-Siodop®-Schicht in die p-leitende Si­ liziumscheibe 2 (Arbeitsschritt 403). Es findet das Erzeugen der Dotierschicht 25 mit n-Schichtdotierung statt. Dies ge­ lingt bei etwa 850°C während einer Temperierung von 30 min. Die resultierende Dotierschicht 25 führt zum für die Funktion des photovoltaischen Bauelements 1 erforderlichen p/n- Übergang 9. Die Dotierschicht 25 ist einige Zehntel µm dick.
Beim Aushärten des Phosphor-Siodops® bzw. bei der Eindiffu­ sion des Phosphors bildet sich eine Phosphor-Glas-Schicht 26. Diese Phosphor-Glas-Schicht 26 wird nach dem Erzeugen der Do­ tierschicht 25 mit wässriger Fluss-Säure abgeätzt (Arbeits­ schritt 404).
Auf bzw. in der Dotierschicht 25 wird nun die interdigitale Halbleiterstruktur 5 erzeugt. Dazu werden p- und n-leitende Dotierstoffe auf der Dotierschicht 25 aufgebracht (Arbeits­ schritt 405). Dies gelingt mit Hilfe eines Siebdruckverfah­ rens, bei dem eine den n-leitenden Dotierstoff 27 aufweisende n-Paste 30 und eine den p-leitenden Dotierstoff 28 aufweisen- de p-Paste 31 in einer Form aufgedruckt werden, die den her­ zustellenden interdigitalen Halbleiterteilstrukturen 6 und 7 entspricht (Stegbreite 29 zwischen 40 und 100 µm). Die Pasten 30 und 31 fungieren als Quellen der n- und p-leitenden Do­ tierstoffe 27 und 28.
In einem Durchlaufofen werden die Dotierstoffe 27 und 28 ein- gebrannt (Arbeitsschritt 406). Beim Einbrennen wird der in der p-Paste 31 enthaltene Dotierstoff (Aluminium) durch die n-leitende Dotierschicht 25 hindurchgetrieben (durchgefeu­ ert). Dabei wird unterhalb der p-Paste 31 die n-Dotierung der Dotierschicht 25 überkompensiert. Es entsteht die p-leitende Halbleiterteilstruktur 7, wobei ein elektrischer Kontakt zur p-leitenden Siliziumscheibe 2 gebildet wird. Unterhalb der n- Paste 30 entsteht beim Einbrennen die n-leitende Halbleiter­ teilstruktur 6. Beim Einbrennen der n--Paste 30 bleibt ein n- leitender Charakter der Dotierschicht 25 erhalten.
Beim Einbrennen wird darüber hinaus die interdigitale Kontak­ tierungsstruktur 16 gebildet. Aus der p-Paste 31 entsteht die Kontaktierungsteilstruktur 18 zur elektrischen Kontaktierung der p-leitenden Halbleiterteilstruktur 7 und aus der n-Paste 30 die Kontaktierungsteilstruktur 17 zur elektrischen Kontak­ tierung der n-leitenden Halbleiterteilstruktur 6.
Zur elektrischen Isolierung zwischen p-leitender Halbleiter­ teilstruktur 6 und nleitender Halbleiterteilstruktur 7 er­ folgt ein Plasma-Ätzen der Kontaktierungsseite 4, wobei die interdigitale Kontaktierungsstruktur 16 als Ätzmaske verwen- det wird (Arbeitsschritt 407). Dadurch werden freie Stellen der Dotierschicht 25, die nicht durch die Kontaktierungsteil­ strukturen 17 und 18 abgedeckt sind, zwischen den n- und p- leitenden Halbleiterteilstrukturen 6 und 7 bis auf die Sili­ ziumscheibe 2 abgeätzt. Es entstehen Ätzgruben, durch die die n- und p-leitenden Halbleiterteilstrukturen voneinander ge­ trennt.
Die p-leitende Halbleiterteilstruktur 7 und die Silizium­ scheibe 2 bilden gemeinsam die Basis 32 des photovoltaischen Bauelements 1. Die n-leitende Halbleiterteilstruktur 6 bildet den Emitter 33 des photovoltaischen Bauelements 1.
Zur Vermeidung der Oberflächen-Ladungs-Rekombination und zur zusätzlichen Isolierung der n- und p-leitenden Halbleiter­ teilstrukturen 6 und 7 wird auf der Oberfläche der Silizium­ scheibe 2 zwischen den der n- und p-leitenden Halbleiterteil­ strukturen 6 und 7 eine Passivierungsschicht 10 aus Silizium­ oxid ausgebildet (Arbeitsschritt 408).

Claims (10)

1. Photovoltaisches Bauelement (1, 101, 102) mit mindestens
einer Siliziumscheibe (29), die
eine bestimmte Grunddotierung,
eine Lichteinfallsseite (3),
eine der Lichteinfallsseite (3) abgekehrte elektrische Kontaktierungsseite (4), und
mindestens eine an der Kontaktierungsseite (4) angeord­ nete interdigitale Halbleiterstruktur (5) mit mindestens einer n-leitenden Halbleiterteilstruktur (6) und mindes­ tens einer in einem bestimmten Abstand (8) zur n- leitenden Halbleiterteilstruktur (6) angeordneten p- leitenden Halbleiterteilstruktur (7) aufweist, wobei
eine der Halbleiterteilstrukturen (6, 7) und die Silizi­ umscheibe (2) einen p/n-Übergang (9) bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Siliziumscheibe (2) eine trikristalline Silizium­ scheibe ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, wobei eine interdigitale Kontaktierungsstruktur (16) mit zwei Kontaktierungsteil­ strukturen (17, 18) derart an der interdigitalen Halb­ leiterstruktur (5) angeordnet ist, dass die n-leitende Halbleiterteilstruktur (6) und die p-leitende Halblei­ terteilstruktur (7) jeweils zwischen einer der Kontak­ tierungsteilstrukturen (17, 18) und der Siliziumscheibe (2) angeordnet sind.
3. Bauelement Anspruch 1 oder 2, wobei auf der Lichtein- fallsseite (3) und/oder der Kontaktierungsseite (4) der Siliziumscheibe (2) eine Passivierungsschicht (10) ange­ ordnet ist.
4. Bauelement nach Anspruch 3, wobei die Passivierungs­ schicht (10) ein Passivierungsmaterial aufweist, das aus der Gruppe Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid ausge­ wählt ist.
5. Bauelement nach Anspruch 3 oder 4, wobei auf der Passi­ vierungsschicht (10) mindestens eine Verkapselung (11, 111, 112) aus mindestens einem transparenten Material vorhanden ist.
6. Bauelement nach Anspruch 5, wobei das transparente Mate­ rial ausgewählt ist aus der Gruppe Glas und/oder Ethyl- Vinyl-Acetat.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei meh­ rere Siliziumscheiben (2) nebeneinander derart zu einer Kette (12) angeordnet sind, dass die Lichteinfallsseiten (3) der Siliziumscheiben (2) eine Lichteinfallsseite (13) des Bauelements (102) bilden, die Kontaktierungs­ seiten (4) der Siliziumscheiben (2) eine Kontaktierungs­ seite (14) des Bauelements (102) bilden und dass eine serielle Verschaltung (15) der Siliziumscheiben (2) im Wesentlichen nur auf der Kontaktierungsseite (14) des Bauelements (102) angeordnet ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines photovoltaischen Bauele­ ments (1) mit mindestens einer trikristallinen Silizium­ scheibe (2), die
eine bestimmte Grunddotierung,
eine Lichteinfallsseite (3),
eine der Lichteinfallsseite (3) ab gekehrte elektrische Kontaktierungsseite (4) und
mindestens eine an der Kontaktierungsseite (4) angeord­ nete interdigitale Halbleiterstrukaur (5) mit mindestens einer n-leitenden Halbleiterteilstruktur (6) und mindes­ tens einer in einem bestimmten Abstand (8) zur n- leitenden Halbleiterteilstruktur (6) angeordneten p- leitenden Halbleiterteilstruktur (7) aufweist, wobei
eine der Halbleiterteilstrukturen (6, 7) und die Silizi­ umscheibe (2) einen p/n-Übergang (9) bilden, durch Erzeugen der Kontaktierungsseite der trikristalli­ nen Siliziumscheibe mit folgenden Arbeitsschritten:
  • a) Bereitstellen einer trikristallinen Siliziumscheibe (2) mit einer bestimmten Grunddotierung,
  • b) Erzeugen einer Dotierschicht (25) der Siliziumscheibe (2) mit einer von der Grunddotierung der Siliziumscheibe verschiedenen Schichtdotierung zum Erzeugen eines p/n- Übergangs (9) in der Siliziumscheibe (2),
  • c) Aufbringen auf der Dotierschicht (25) eines n-leitenden Dotierstoffs (27) zum Erzeugen der n-leitenden Halblei­ terteilstruktur (6) und eines p-leitenden Dotierstoffs (28) zum Erzeugen der p-leitenden Halbleiterteilstruktur (7),
  • d) Eindiffusion der Dotierstoffe (21, 28) in die Dotier­ schicht (25), wobei die Halbleiterteilstrukturen (6, 7) gebildet werden, und
  • e) Trennen der Halbleiterteilstrukturen (6, 7) durch Ent­ fernen der Dotierschicht (25), die sich nach der Eindif­ fusion im Abstand (8) zwischen den Halbleiterteilstruk­ turen (6, 7) befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei als Grunddotierung der Siliziumscheibe (2) eine p-Dotierung und zum Erzeugen der Dotierschicht (25) Phosphor als Dotierstoff verwen- det wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei zum Erzeugen der Dotierschicht (25) ein Schichtverbund (23) aus Silizium­ scheibe (2) und Phosphor-Siodop®-Schicht (24) herge­ stellt wird und der Schichtverbund (23) erwärmt wird.
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