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DE102024120457A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A CONTACT STRUCTURE, IN PARTICULAR FOR A BACK-CONNECTED SOLAR CELL - Google Patents

METHOD FOR MANUFACTURING A CONTACT STRUCTURE, IN PARTICULAR FOR A BACK-CONNECTED SOLAR CELL

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Publication number
DE102024120457A1
DE102024120457A1 DE102024120457.5A DE102024120457A DE102024120457A1 DE 102024120457 A1 DE102024120457 A1 DE 102024120457A1 DE 102024120457 A DE102024120457 A DE 102024120457A DE 102024120457 A1 DE102024120457 A1 DE 102024120457A1
Authority
DE
Germany
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layer
silicon
sub
silicon oxide
regions
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.)
Pending
Application number
DE102024120457.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Thorsten Dullweber
Verena Mertens
Rolf Brendel
Felix Haase
Byungsul Min
Robby Peibst
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.)
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Original Assignee
Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
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 Institut fuer Solarenergieforschung GmbH filed Critical Institut fuer Solarenergieforschung GmbH
Priority to DE102024120457.5A priority Critical patent/DE102024120457A1/en
Priority to PCT/EP2025/069910 priority patent/WO2026017580A1/en
Publication of DE102024120457A1 publication Critical patent/DE102024120457A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H10F77/219Arrangements for electrodes of back-contact photovoltaic cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen (2) insbesondere für eine Solarzelle (1) beschrieben, welches zumindest folgende Verfahrensschritte umfasst:
(a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (3) mit ersten und zweiten Teilbereichen (7, 17) jeweils an einer Rückseite (9) des Siliziumsubstrats;
(b) Erzeugen eines Rückseitenschichtenstapels (19) überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche, wobei der Rückseitenschichtenstapel eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (21) und eine dotierte polykristalline Siliziumschicht (23) aufweist;
(c) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich eine Siliziumoxiddünnschicht (25) angrenzend an die polykristalline Siliziumschicht bildet;
(d) Entfernen der Siliziumoxiddünnschicht durch Laserablation in den ersten Teilbereichen; und
(e) Durchführen eines selektiven Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine hochselektive Ätzsubstanz und dadurch Entfernen der polykristallinen Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen.
Alternativ zu den Verfahrensschritten (c) und (d) kann die polykristalline Siliziumschicht auch in den zweiten Teilbereichen lokal selektiv durch Bestrahlen des in einer Sauerstoffhaltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats mit Laserlicht aufoxidiert werden, um dort durch Laseroxidation lokal die Siliziumoxiddünnschicht zu bilden.
Er wird ferner ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle (1) als Rückkontaktsolarzelle beschrieben, bei dem das erstgenannte Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen (2) eingesetzt wird.
A method for manufacturing contact structures (2) in particular for a solar cell (1) is described, which includes at least the following process steps:
(a) Providing a silicon substrate (3) with first and second sub-areas (7, 17) each on a rear side (9) of the silicon substrate;
(b) Forming a backside layer stack (19) covering the first and second sub-areas, the backside layer stack comprising a silicon oxide-containing backside passivation layer (21) and a doped polycrystalline silicon layer (23);
(c) Performing an anneal step by introducing the silicon substrate into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, with oxygen being added to the anneal atmosphere at least temporarily, so that a silicon oxide thin film (25) forms adjacent to the polycrystalline silicon layer;
(d) Removal of the silicon oxide thin layer by laser ablation in the first sub-areas; and
(e) Performing a selective etching step by introducing the silicon substrate into a highly selective etching substance and thereby removing the polycrystalline silicon layer in the first sub-areas.
As an alternative to process steps (c) and (d), the polycrystalline silicon layer can also be locally selectively oxidized in the second sub-areas by irradiating the silicon substrate, which is absorbed in an oxygen-containing atmosphere, with laser light in order to locally form the silicon oxide thin film there by laser oxidation.
Furthermore, a method for manufacturing a solar cell (1) as a back-contact solar cell is described, in which the first-mentioned method for manufacturing contact structures (2) is used.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGAREA OF INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer Kontaktstruktur insbesondere für eine Solarzelle. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle, insbesondere einer rückseitig kontaktierten Solarzelle.The present invention relates to a method for manufacturing a contact structure, particularly for a solar cell. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, in particular a solar cell with back-side contacts.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Solarzellen dienen dazu, Licht, wie es insbesondere von der Sonne eingestrahlt wird, in elektrische Energie umzuwandeln. Solche Solarzellen werden auch als Photovoltaikzellen bezeichnet.Solar cells serve to convert light, especially that emitted by the sun, into electrical energy. Such solar cells are also called photovoltaic cells.

Es existiert eine Vielzahl von Solarzellenkonzepten sowie von Verfahrenskonzepten zu deren Fertigung. Grundsätzliche Zielsetzungen dabei sind regelmäßig eine Erreichung hoher Wirkungsgrade bei gleichzeitig möglichst einfacher und kostengünstiger Fertigungsmöglichkeit. Der mit einem Solarzellenkonzept theoretisch oder letztendlich in der Praxis zu erreichende Wirkungsgrad wird dabei von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Zu diesen Faktoren zählen beispielsweise Eigenschaften einer Vielzahl möglicherweise zu verwendender Materialien, welche diese vor, während und nach ihrer Verarbeitung aufweisen können, eine geometrische und/oder funktionale Anordnung verschiedener Materialschichten relativ zueinander, etc. Ferner sind in Bezug auf die Fertigungsmöglichkeiten eine Vielzahl unterschiedlicher Einflussfaktoren zu berücksichtigen. Beispielsweise sollten möglichst wenige Verbrauchsmaterialien benötigt werden, insbesondere wenige kostenintensive Verbrauchsmaterialien wie zum Beispiel teure Siebdruckpasten und/oder wenige teuer oder aufwendig zu beschaffende oder zu entsorgende Prozessierungssubstanzen. Zudem sollten bei der Fertigung einzusetzende Gerätschaften kostengünstig erhältlich und einfach einzusetzen und zu warten sein, zuverlässig betrieben werden können, etc.Numerous solar cell concepts and manufacturing processes exist. The fundamental objectives are typically to achieve high efficiency while ensuring the simplest and most cost-effective manufacturing process possible. The efficiency achievable with a solar cell concept, both theoretically and ultimately in practice, is influenced by a multitude of factors. These include, for example, the properties of various materials that may be used, both before, during, and after processing; the geometric and/or functional arrangement of different material layers relative to one another; and so on. Furthermore, a variety of influencing factors must be considered regarding manufacturing capabilities. For instance, the number of consumables required should be minimized, particularly costly consumables such as expensive screen printing pastes and/or processing substances that are expensive or difficult to procure or dispose of. Additionally, the equipment used in manufacturing should be inexpensive, easy to use and maintain, and reliable.

Aufgrund einer enormen Zahl von möglichen Materialien, Gerätschaften, Prozessierungssequenzen, etc. und sich aus diesen ergebenden Beeinflussungen untereinander, möglichen Synergieeffekten oder Degenerationseffekten, etc. gestaltet sich eine Entwicklung und Optimierung von Solarzellenkonzepten sowie entsprechenden Fertigungsverfahren regelmäßig äußerst komplex.Due to the enormous number of possible materials, equipment, processing sequences, etc., and the resulting interactions, potential synergy effects, or degeneration effects, etc., the development and optimization of solar cell concepts and corresponding manufacturing processes is regularly extremely complex.

Es wurden und werden Solarzellenkonzepte entwickelt, die hinsichtlich erreichbarer Wirkungsgrade und/oder einsetzbarer Fertigungsmöglichkeiten herkömmlichen Konzepten wie dem beispielsweise über viele Jahre industriell umgesetzten PERC-Solarzellenkonzept überlegen sein sollen.Solar cell concepts have been and are being developed that are intended to be superior to conventional concepts such as the PERC solar cell concept, which has been implemented industrially for many years, in terms of achievable efficiencies and/or usable manufacturing possibilities.

Hierzu zählen unter anderem Solarzellenkonzepte, bei denen spezielle Kontaktstrukturen, welche teilweise als Ladungsträger-selektive Kontaktstrukturen oder passivierende Kontaktstrukturen bezeichnet werden, eingesetzt werden. Solche Kontaktstrukturen zeichnen sich unter anderem dadurch aus, dass sie für einen ersten Ladungsträgertyp (wie zum Beispiel für elektrisch negative Ladungsträger, d.h. Elektronen) elektrisch durchlässig sind, für einen entgegengesetzten zweiten Ladungsträgertyp (d.h. zum Beispiel für elektrisch positive Ladungsträger, d.h. Löcher) elektrisch sperrend wirken. Damit lässt sich erreichen, dass mithilfe der Kontaktstruktur Ladungsträger vom ersten Ladungsträgertyp mit geringem elektrischem Widerstand beispielsweise aus einem an die Kontaktstruktur angrenzenden Substrat extrahiert werden können, wohingegen Ladungsträger vom zweiten Ladungsträgertyp blockiert werden und die Kontaktstruktur für diese somit als elektrisch isolierend wirkt und dementsprechend an der Oberfläche des angrenzenden Substrats als elektrisch sehr gut passivierend wirkt.This includes, among other things, solar cell concepts that employ special contact structures, sometimes referred to as charge carrier-selective contact structures or passivating contact structures. Such contact structures are characterized, among other things, by being electrically permeable to a first type of charge carrier (such as negative charge carriers, i.e., electrons) and electrically blocking a second type of charge carrier (i.e., positive charge carriers, i.e., holes). This allows charge carriers of the first type to be extracted with low electrical resistance from a substrate adjacent to the contact structure, while charge carriers of the second type are blocked. The contact structure thus acts as an electrical insulator for these carriers and, consequently, as a highly effective electrical passivator on the surface of the adjacent substrate.

Derartige Kontaktstrukturen können dadurch erzeugt werden, dass sie über eine sehr dünne dielektrische Schicht sowie eine daran angrenzende dotierte Halbleiterschicht verfügen, wobei ein hierdurch gebildeter Schichtenstapel an ein Substrat, aus dem die Ladungsträger extrahiert werden sollen, angrenzend anzulagern ist. Als dielektrische Schicht kann hierbei beispielsweise eine Siliziumoxidschicht wirken. Die dielektrische Schicht sollte dabei sehr dünn sein, d.h. als Dünnschicht ausgebildet sein, sodass Ladungsträger durch diese hindurch gelangen können, beispielsweise aufgrund von Tunneleffekten und/oder entlang so genannter Pinholes, die sich durch die Dünnschicht hindurch erstrecken können. Als angrenzende Halbleiterschicht kann beispielsweise eine dotierte Siliziumschicht, insbesondere eine dotierte polykristalline Siliziumschicht (nachfolgend teilweise auch als poly-Si-Schicht bezeichnet) dienen. Die polykristalline Siliziumschicht kann dabei, je nachdem welcher Ladungsträgertyp mit der Kontaktstruktur selektiv extrahiert werden soll, entweder p-Typ-dotiert oder n-Typ-dotiert sein.Such contact structures can be created by having a very thin dielectric layer and an adjacent doped semiconductor layer, with the resulting layer stack being deposited adjacent to a substrate from which the charge carriers are to be extracted. A silicon oxide layer, for example, can serve as the dielectric layer. The dielectric layer should be very thin, i.e., a thin film, so that charge carriers can pass through it, for example, due to tunneling effects and/or along so-called pinholes that can extend through the thin film. A doped silicon layer, in particular a doped polycrystalline silicon layer (hereinafter sometimes also referred to as a poly-Si layer), can serve as the adjacent semiconductor layer. Depending on which type of charge carrier is to be selectively extracted with the contact structure, the polycrystalline silicon layer can be either p-type or n-type doped.

Solarzellenkonzepte, die solche Ladungsträger-selektive, passivierende Kontaktstrukturen einsetzen, werden teilweise als TOPCon-Solarzellenkonzept (Tunneling Oxid Passivated Contact) oder POLO-Solarzellenkonzept (POLysilicon on Oxide) bezeichnet. Dabei können TOPCon-artige bzw. POLO-artige Kontaktstrukturen an beiden entgegengesetzten Oberflächen eines Halbleitersubstrats vorgesehen sein. Alternativ hierzu können sowohl Kontaktstrukturen zum Extrahieren von Elektronen als auch Kontaktstrukturen zum Extrahieren von Löchern jeweils an einer im Einsatz der Sonne abgewandten Rückseite des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Letztgenannte Konzepte werden auch als Rückkontaktsolarzellen oder IBC-Solarzellen (Interdigitated Back Contact) bezeichnet. Beispiele für solche Solarzellenkonzepte sowie Details zu Möglichkeiten für deren Struktur sowie zu deren Fertigung sind in einer Vielzahl von Veröffentlichungen dargestellt worden. Beispielgebend werden hier genannt:

  • - Dullweber et al.: „TOWARDS COST-EFFECTIVE HIGH-EFFICIENCY POLO IBC SOLAR CELLS WITH MINIMAL CONVERSION INVEST FOR EXISTING PERC+ PRODUCTION LINES“, 8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (2022), p. 35
  • - Peibst et al.: „On the chances and challenges of combining electron-collecting nPOLO and hole-collecting Al-p+ contacts in highly efficient p-type c-Si solar cells“, Progress in Photovoltaics, Volume 31, Issue 4, Special Issue: Passivating Contacts Based Silicon Solar Cells; April 2023; Pages 327-340; https://doi.org/10.1002/pip.3545 ;
  • - Wang et al.: „Development of TOPCon tunnel-IBC solar cells with screen-printed firethrough contacts by laser patterning“, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 220, January 2021, 110834; https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110834;
  • - EP 2 297 788 B1
  • - DE 10 2021 133 039 A1
Solar cell concepts that employ such charge carrier-selective, passivating contact structures are sometimes referred to as TOPCon solar cell concepts (Tunneling Oxide Passivated Contact) or POLO solar cell concepts (POLysilicon on Oxide). TOPCon-like or POLO-like contact structures can be provided on both opposite surfaces of a semiconductor substrate. Alternatively, contact structures for extracting electrons can be used as Contact structures for extracting holes can also be arranged on the back side of the semiconductor substrate, facing away from the sun during operation. These latter concepts are also known as back-contact solar cells or IBC (Interdigitated Back Contact) solar cells. Examples of such solar cell concepts, as well as details on their structural and manufacturing possibilities, have been presented in numerous publications. The following are examples:
  • - Dullweber et al.: “TOWARDS COST-EFFECTIVE HIGH-EFFICIENCY POLO IBC SOLAR CELLS WITH MINIMAL CONVERSION INVEST FOR EXISTING PERC+ PRODUCTION LINES”, 8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (2022), p. 35
  • - Peibst et al.: “On the opportunities and challenges of combining electron-collecting nPOLO and hole-collecting Al-p+ contacts in highly efficient p-type c-Si solar cells,” Progress in Photovoltaics, Volume 31, Issue 4, Special Issue: Passivating Contacts Based Silicon Solar Cells; April 2023; Pages 327-340; https://doi.org/10.1002/pip.3545 ;
  • - Wang et al.: “Development of TOPCon tunnel-IBC solar cells with screen-printed firethrough contacts by laser patterning,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 220, January 2021, 110834; https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110834;
  • - EP 2 297 788 B1
  • - DE 10 2021 133 039 A1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VON AUSFÜHRUNGSFORMENSUMMARY OF THE INVENTION AND FORM OF EXECUTION

Es kann ein Bedürfnis an einem alternativen und insbesondere verbesserten Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen insbesondere für Solarzellen bestehen. Insbesondere kann ein Bedürfnis daran bestehen, Ladungsträger-selektive, passivierende Kontaktstrukturen in vorteilhafter Weise, d.h. beispielsweise kostengünstig, mit geringem apparativem Aufwand, unter Einsatz von geringen Mengen an Verbrauchsmaterialien, zuverlässig, etc. fertigen zu können. Außerdem kann ein Bedürfnis an einem Verfahren zum Fertigen von mit solchen Kontaktstrukturen versehenen Solarzellen bestehen.There may be a need for an alternative and, in particular, improved method for manufacturing contact structures, especially for solar cells. Specifically, there may be a need to manufacture charge carrier-selective, passivating contact structures advantageously, i.e., cost-effectively, with minimal equipment, using small quantities of consumables, reliably, etc. Furthermore, there may be a need for a method for manufacturing solar cells equipped with such contact structures.

Die genannten Bedürfnisse können zumindest teilweise mit einem Verfahren gemäß einem der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung erfüllt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren angegeben.The aforementioned needs can be at least partially met by a method according to one of the independent claims of the present application. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims, the following description, and the figures.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Kontaktstruktur insbesondere für eine Solarzelle beschrieben. Das Verfahren umfasst zumindest nachfolgend angegebene Schritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:

  • (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrats mit ersten Teilbereichen und zweiten Teilbereichen jeweils an einer Rückseite des Siliziumsubstrats;
  • (b) Erzeugen eines Rückseitenschichtenstapels überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche, wobei der Rückseitenschichtenstapel zumindest eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht und eine dotierte polykristalline Siliziumschicht aufweist;
  • (c+d) Bilden einer Siliziumoxiddünnschicht, welche Zentralbereiche der zweiten Teilbereiche sowie, optional, Randbereiche der zweiten Teilbereiche bedeckt und welche die ersten Teilbereiche nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (c1) und (d1) oder alternativ durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (c2) und (d2):
    • (c1) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts eine Siliziumoxiddünnschicht angrenzend an die polykristalline Siliziumschicht bildet, und
    • (d1) Entfernen der Siliziumoxiddünnschicht durch Laserablation in den ersten Teilbereichen sowie, optional, in den Randbereichen der zweiten Teilbereiche; oder
    • (c2) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und
    • (d2) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der polykristallinen Siliziumschicht durch lokales Bestrahlen der Zentralbereiche und, optional, der Randbereiche des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats mit Laserlicht derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den Zentralbereichen und, optional, den Randbereichen eine Siliziumoxiddünnschicht bildet;
  • (e) Durchführen eines selektiven Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine hochselektive Ätzsubstanz, welche eine hohe Ätzrate für Silizium und eine niedrige Ätzrate für Siliziumoxid aufweist, und dadurch Entfernen der polykristallinen Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen sowie, optional, in den Randbereichen der zweiten Teilbereiche.
According to a first aspect of the present invention, a method for manufacturing a contact structure, particularly for a solar cell, is described. The method comprises at least the following steps, preferably in the order shown:
  • (a) Providing a silicon substrate with first sub-areas and second sub-areas each on a back side of the silicon substrate;
  • (b) Producing a backside layer stack covering the first and second sub-areas, the backside layer stack comprising at least a silicon oxide-containing backside passivation layer and a doped polycrystalline silicon layer;
  • (c+d) Forming a silicon oxide thin film covering central regions of the second subregions and, optionally, peripheral regions of the second subregions, and not covering the first subregions, by performing a combination of steps (c1) and (d1) defined below, or alternatively by performing a combination of steps (c2) and (d2) defined below:
    • (c1) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate with the back-layer stack into an annealing atmosphere at temperatures above 700°C, wherein oxygen is added to the annealing atmosphere at least temporarily, so that a silicon oxide thin film adjacent to the polycrystalline silicon layer forms during the annealing step, and
    • (d1) Removal of the silicon oxide thin layer by laser ablation in the first sub-areas and, optionally, in the edge regions of the second sub-areas; or
    • (c2) Performing an anneal step by introducing the silicon substrate with the back-layer stack into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and
    • (d2) Performing a local oxidation step on the polycrystalline silicon layer by locally irradiating the central regions and, optionally, the edge regions of the silicon substrate, which is taken up in an oxygen-containing atmosphere, with laser light such that a silicon oxide thin film is formed in the central regions and, optionally, the edge regions by the oxidation step;
  • (e) Performing a selective etching step by introducing the silicon substrate into a highly selective etching substance which has a high etch rate for silicon and a low etch rate for silicon oxide, and thereby removing the polycrystalline silicon layer in the first sub-areas and, optionally, in the edge areas of the second sub-areas.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle beschrieben, welches zumindest folgende Schritte aufweist, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:

  • (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrats mit ersten Teilbereichen und zweiten Teilbereichen jeweils an einer Rückseite des Siliziumsubstrats;
  • (b) Erzeugen eines ersten Rückseitenschichtenstapels und einer ersten Siliziumoxiddünnschicht in den ersten Teilbereichen, wobei der erste Rückseitenschichtenstapel zumindest eine erste Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht und eine erste polykristalline Siliziumschicht eines ersten Dotierungstyps aufweist, wobei die Rückseite des Siliziumsubstrats in zweiten Teilbereichen angrenzend an die ersten Teilbereiche frei von dem ersten Rückseitenschichtenstapel ist;
  • (c) Erzeugen eines zweiten Rückseitenschichtenstapels überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche, wobei der zweite Rückseitenschichtenstapel zumindest eine zweite Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht und eine zweite polykristalline Siliziumschicht eines zweiten, dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist;
  • (d+e) Bilden einer zweiten Siliziumoxiddünnschicht, welche Zentralbereiche der zweiten Teilbereiche sowie, optional, Randbereiche der zweiten Teilbereiche bedeckt und welche die ersten Teilbereiche nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d1) und (e1) oder alternativ durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d2) und (e2):
    • (d1) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem zweiten Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts eine zweite Siliziumoxiddünnschicht angrenzend an die zweite polykristalline Siliziumschicht bildet, und
    • (e1) Entfernen der zweiten Siliziumoxiddünnschicht durch Laserablation in den ersten Teilbereichen sowie, optional, in Randbereichen der zweiten Teilbereiche; oder
    • (d2) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem zweiten Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und
    • (e2) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der zweiten polykristallinen Siliziumschicht durch lokales Bestrahlen der Zentralbereiche und, optional, der Randbereiche des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats mit Laserlicht derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den Zentralbereichen und, optional, den Randbereichen eine zweite Siliziumoxiddünnschicht bildet;
  • (f) Durchführen eines selektiven Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine hochselektive Ätzsubstanz, welche eine hohe Ätzrate für Silizium und eine niedrige Ätzrate für Siliziumoxid aufweist, und dadurch Entfernen der zweiten polykristallinen Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen sowie, optional, in den Randbereichen der zweiten Teilbereiche; und
  • (g) Aufbringen von elektrischen ersten Kontakten auf die erste polykristalline Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen und von elektrischen zweiten Kontakten auf die zweite polykristalline Siliziumschicht in den zweiten Teilbereichen.
According to a second aspect of the present invention, a method for manufacturing a solar cell is described, which comprises at least the following steps, preferably in the specified order:
  • (a) Providing a silicon substrate with first sub-areas and second sub-areas each on a back side of the silicon substrate;
  • (b) Producing a first backside layer stack and a first silicon oxide thin film in the first sub-areas, wherein the first backside layer stack comprises at least a first silicon oxide-containing backside passivation layer and a first polycrystalline silicon layer of a first doping type, wherein the back side of the silicon substrate in second sub-areas adjacent to the first sub-areas is free of the first backside layer stack;
  • (c) Producing a second backside layer stack covering the first and second sub-areas, wherein the second backside layer stack comprises at least a second silicon oxide-containing backside passivation layer and a second polycrystalline silicon layer of a second doping type opposite to the first doping type;
  • (d+e) Forming a second silicon oxide thin film which covers central regions of the second subregions and, optionally, peripheral regions of the second subregions and which does not cover the first subregions, by performing a combination of steps (d1) and (e1) defined below or alternatively by performing a combination of steps (d2) and (e2) defined below:
    • (d1) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate provided with the second back-side layer stack into an annealing atmosphere at temperatures above 700°C, wherein oxygen is added to the annealing atmosphere at least temporarily, so that during the annealing step a second silicon oxide thin film is formed adjacent to the second polycrystalline silicon layer, and
    • (e1) Removal of the second silicon oxide thin layer by laser ablation in the first sub-areas and, optionally, in edge areas of the second sub-areas; or
    • (d2) Performing an anneal step by introducing the silicon substrate provided with the second backside layer stack into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and
    • (e2) Carrying out a local oxidation step on the second polycrystalline silicon layer by locally irradiating the central regions and, optionally, the edge regions of the silicon substrate taken up in an oxygen-containing atmosphere with laser light such that a second silicon oxide thin film is formed by the oxidation step in the central regions and, optionally, the edge regions;
  • (f) Performing a selective etching step by immersing the silicon substrate in a highly selective etching agent which has a high etch rate for silicon and a low etch rate for silicon oxide, thereby removing the second polycrystalline silicon layer in the first sub-regions and, optionally, in the edge regions of the second sub-regions; and
  • (g) Applying electrical first contacts to the first polycrystalline silicon layer in the first sub-areas and electrical second contacts to the second polycrystalline silicon layer in the second sub-areas.

Einleitend sollen Grundideen zu Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kurz erläutert werden, wobei diese Erläuterung als lediglich grob zusammenfassend und die Erfindung nicht einschränkend auszulegen ist: In the introduction, the basic ideas for embodiments of the invention described herein will be briefly explained, whereby this explanation is to be interpreted as merely a rough summary and not as limiting the invention:

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung, mithilfe dessen eine kleinflächige Kontaktstruktur bzw. eine Mehrzahl kleinflächiger Kontaktstrukturen an einer Oberfläche eines im Vergleich hierzu großflächigen Siliziumsubstrats gebildet werden kann.The present invention relates in particular to a method according to an embodiment of the first aspect of the invention, by means of which a small-area contact structure or a plurality of small-area contact structures can be formed on a surface of a silicon substrate that is large-area in comparison.

Die Kontaktstruktur wird dabei mit einem Schichtenstapel gebildet, der zumindest eine dünne Siliziumoxid-haltige Passivierungsschicht und eine im Vergleich hierzu wesentlich dickere dotierte polykristalline Siliziumschicht umfasst. Zum Bilden der Kontaktstruktur(en) wird der Schichtenstapel zunächst derart großflächig an der Oberfläche des Siliziumsubstrats erzeugt, dass er seitlich aneinander angrenzende Bereiche überdeckt, die nachfolgend als erste und zweite Teilbereiche angenommen werden.The contact structure is formed with a layer stack comprising at least a thin silicon oxide-containing passivation layer and a significantly thicker doped polycrystalline silicon layer. To form the contact structure(s), the layer stack is first produced over a large area on the surface of the silicon substrate, covering adjacent areas, which are subsequently referred to as the first and second sub-regions.

Das Siliziumsubstrat mit dem darauf aufgebrachten Schichtenstapel wird anschließend einem Annealschritt unterzogen, bei dem insbesondere die beim Bilden des Schichtenstapels abgeschiedene dotierte polykristalline Siliziumschicht über eine Prozessdauer hinweg hohen Temperaturen von über 700 °C ausgesetzt wird, um diese zu annealen, d.h. um insbesondere beim Abscheiden erzeugte Schäden oder Fehlstellen auszuheilen und die SiO2 Grenzfläche zu konditionieren.The silicon substrate with the layer stack deposited on it is then subjected to an annealing step, in which, in particular, the The doped polycrystalline silicon layer deposited during the formation of the layer stack is exposed to high temperatures of over 700 °C for a period of time in order to anneal it, i.e. to heal damage or defects created during deposition and to condition the SiO 2 interface.

Dieser allgemein beim Erzeugen von poly-Si-Schichten für Kontaktstrukturen übliche Annealschritt wird vorliegend gemäß einer ersten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens speziell derart durchgeführt, dass der das Substrat umgebenden heißen Atmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird bzw. in dieser Atmosphäre enthaltener Sauerstoff gezielt genutzt wird, um die poly-Si-Schicht oberflächlich aufzuoxidieren. Hierdurch bildet sich während des Annealschritts eine meist nur wenige Nanometer dicke Siliziumoxiddünnschicht angrenzend an die polykristalline Siliziumschicht.This annealing step, generally used in the production of poly-Si layers for contact structures, is carried out in a first embodiment of the proposed method in such a way that oxygen is added, at least temporarily, to the hot atmosphere surrounding the substrate, or that oxygen contained in this atmosphere is specifically used to oxidize the surface of the poly-Si layer. This results in the formation of a silicon oxide thin film, usually only a few nanometers thick, adjacent to the polycrystalline silicon layer during the annealing step.

Die auf diese Weise gebildete Siliziumoxiddünnschicht wird anschließend dazu genutzt, um durch nachfolgende Prozessschritte die darunterliegende polykristalline Siliziumschicht bzw. den gesamten Schichtenstapel lokal strukturieren zu können, d.h. Teile derselben selektiv entfernen zu können. Hierzu wird gemäß der ersten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens die Siliziumoxiddünnschicht mithilfe eines Lasers in den ersten Teilbereichen sowie optional in daran seitlich angrenzenden Randbereichen der zweiten Teilbereiche durch Laserablation entfernt, wohingegen die Siliziumoxiddünnschicht in den zweiten Teilbereichen zumindest in Zentralbereichen innerhalb von deren Randbereiche verbleibt. Anders ausgedrückt wird die während des Annealschritts miterzeugte Siliziumoxiddünnschicht in den ersten Teilbereichen geöffnet, verbleibt aber in den zweiten Teilbereichen oder zumindest in einem innenliegenden Teilareal dieser zweiten Teilbereiche. Die nach dem Laserablatieren verbleibenden Teilareale der Siliziumoxiddünnschicht werden während eines nachfolgenden selektiven Ätzschrittes als eine Art Ätzmaske eingesetzt.The silicon oxide thin film formed in this way is then used to locally structure the underlying polycrystalline silicon layer or the entire layer stack through subsequent process steps, i.e., to selectively remove parts of it. According to the first embodiment of the proposed method, the silicon oxide thin film is removed by laser ablation in the first sub-regions and optionally in laterally adjacent edge regions of the second sub-regions, whereas the silicon oxide thin film remains in the second sub-regions, at least in central areas within their edge regions. In other words, the silicon oxide thin film co-generated during the annealing step is opened in the first sub-regions but remains in the second sub-regions or at least in an inner sub-region of these second sub-regions. The sub-regions of the silicon oxide thin film remaining after laser ablation are used as a kind of etching mask during a subsequent selective etching step.

Gemäß einer alternativen zweiten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann zur Erzeugung einer lokalen dünnen Oxidschicht eine sogenannte Laseroxidation durchgeführt werden. Hierbei wird der Annealschritt in inerter Atmosphäre wie beispielsweise Stickstoff durchgeführt. Gegebenenfalls kann eine sich dabei ausbildende dünne, ganzflächige Oxidschicht anschließend mittels einer HF-haltigen Ätzung vollständig entfernt werden. Nachfolgend wird die poly-Si-Schicht in zu oxidierenden Zentralbereichen der zweiten Teilbereiche sowie eventuell in daran seitlich angrenzenden Randbereichen der zweiten Teilbereiche mit einem Laser lokal beleuchtet und dadurch kurzzeitig erhitzt, bei Verwendung einer Sauerstoffhaltigen Atmosphäre wie Luft, O2 oder O3. Dadurch kann ein beispielsweise ca. 10 nm dünnes Oxid lokal erzeugt werden, welches als lokale Siliziumdünnschicht anschließend als Ätzmaske dienen kann.According to an alternative second embodiment of the proposed method, a so-called laser oxidation can be performed to generate a local thin oxide layer. In this process, the annealing step is carried out in an inert atmosphere such as nitrogen. If necessary, a thin, full-surface oxide layer formed during this step can subsequently be completely removed by RF etching. Following this, the poly-Si layer is locally illuminated and briefly heated with a laser in the central regions of the second sub-areas to be oxidized, as well as in any adjacent peripheral regions of the second sub-areas, using an oxygen-containing atmosphere such as air, O₂ , or O₃ . This allows for the local generation of an oxide layer approximately 10 nm thick, which can then serve as a local silicon thin film and an etching mask.

Um dabei der typischerweise geringen Dicke der Siliziumoxiddünnschicht der beiden vorgenannten Ausgestaltungen des Verfahrens Rechnung tragen zu können, wird bei dem selektiven Ätzschritt eine hochselektive Ätzsubstanz, d.h. beispielsweise eine Ätzlösung auf Kaliumhydroxid-Basis, der Additive zugesetzt sein können, welche eine Selektivität der Ätzlösung steigern, eingesetzt. Hierdurch kann erreicht werden, dass einerseits diejenigen Flächenanteile der poly-Si-Schicht, welche in den zuvor von der Siliziumoxiddünnschicht befreiten ersten Teilbereichen liegen, von der Silizium stark ätzenden Ätzsubstanz möglichst vollständig weggeätzt werden, wohingegen diejenigen Flächenanteile der poly-Si-Schicht, welche nach dem Laserablatieren mit der Siliziumoxiddünnschicht bedeckt verbleiben, vor einer Ätzwirkung der Ätzsubstanz, welche aufgrund ihrer hochselektiven Ätzeigenschaften Siliziumoxid allenfalls minimal angreift, geschützt werden.To account for the typically thin silicon oxide layer in the two aforementioned embodiments of the process, a highly selective etching agent, such as a potassium hydroxide-based etching solution to which additives may be added to increase its selectivity, is used in the selective etching step. This ensures that, on the one hand, those areas of the poly-Si layer located in the initial sections previously freed from the silicon oxide layer are etched away as completely as possible by the highly silicon-corrosive etching agent, while, on the other hand, those areas of the poly-Si layer remaining covered with the silicon oxide layer after laser ablation are protected from the etching effect of the etching agent, which, due to its highly selective etching properties, only minimally attacks the silicon oxide.

Insgesamt kann so insbesondere bei der ersten Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens durch das gleichzeitige Miterzeugen der Siliziumoxiddünnschicht während des Annealschritts, das anschließende lokale teilweise Abtragen der Siliziumoxiddünnschicht durch Laserablation in den ersten Teilbereichen sowie das nachfolgende hochselektive Ätzen der polykristallinen Siliziumschicht in den freigelegten ersten Teilbereichen bei gleichzeitigem Maskieren dieser Siliziumschicht durch die verbleibenden Flächenanteile der Siliziumoxiddünnschicht in den zweiten Teilbereichen eine räumlich genau definierbare kleinflächige Kontaktstruktur mit einem TOPCon- oder POLO-Schichtenstapel bzw. ein räumlich genau definierbares Muster aus vielen kleinflächigen solchen Kontaktstrukturen an dem Siliziumsubstrat erzeugt werden. Gleiches gilt entsprechend für die zweite Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens, bei der die als Ätzmaske dienende Siliziumoxiddünnschicht mittels Laseroxidation erzeugt wird.In the first embodiment of the proposed method, a spatially precisely defined, small-area contact structure with a TOPCon or POLO layer stack, or a spatially precisely defined pattern of many such small-area contact structures, can be generated on the silicon substrate by simultaneously producing the silicon oxide thin film during the annealing step, the subsequent local partial removal of the silicon oxide thin film by laser ablation in the first sub-areas, and the subsequent highly selective etching of the polycrystalline silicon layer in the exposed first sub-areas while simultaneously masking this silicon layer with the remaining surface areas of the silicon oxide thin film in the second sub-areas. The same applies accordingly to the second embodiment of the proposed method, in which the silicon oxide thin film serving as the etching mask is produced by laser oxidation.

Eine zum Fertigen einer solchen Kontaktstruktur bzw. eines solchen Musters hierin vorgeschlagene Verfahrenssequenz sowie die dabei durchzuführenden einzelnen Prozessschritte können einfach, kostengünstig, zuverlässig und/oder in industriellem Maßstab umgesetzt werden.A process sequence proposed herein for manufacturing such a contact structure or pattern, as well as the individual process steps to be carried out, can be implemented simply, cost-effectively, reliably and/or on an industrial scale.

Es ist anzumerken, dass das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hierin zwar überwiegend in Bezug auf ein Fertigen von Kontaktstrukturen für Solarzellen beschrieben ist, jedoch auch zum Fertigen von Kontaktstrukturen an anderen Halbleiterbauelementen eingesetzt werden kann.It should be noted that although the method according to the first aspect of the invention is described herein predominantly in relation to the manufacture of contact structures for solar cells, it can also be used to manufacture contact structures on can be used with other semiconductor components.

Gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer gesamten Solarzelle beschrieben. Dieses Verfahren umfasst dabei insbesondere die Verfahrensschritte, die bereits für Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung eingesetzt werden. Die Verfahrensschritte (a) bis (e) des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung entsprechen dabei den Verfahrensschritten (a), (c) bis (f) des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.According to one embodiment of the second aspect of the invention, a method for manufacturing an entire solar cell is described. This method includes, in particular, the process steps already used in embodiments of the first aspect of the invention. Process steps (a) to (e) of the method according to the first aspect of the invention correspond to process steps (a), (c) to (f) of the method according to the second aspect of the invention.

Darüber hinaus umfasst das Fertigen der Solarzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weitere Prozessschritte (b) und (g).Furthermore, the manufacturing of the solar cell according to the second aspect of the invention includes further process steps (b) and (g).

Der zusätzliche Prozessschritt (b) beinhaltet insbesondere das Erzeugen eines weiteren Schichtenstapels aus einer Siliziumoxid-haltigen Passivierungsschicht, einer polykristallinen Siliziumschicht sowie einer diese abdeckenden Siliziumoxiddünnschicht, wobei dieser Schichtenstapel derart räumlich strukturiert ist, dass er das Siliziumsubstrat lediglich in den ersten Teilbereichen bedeckt und die zweiten Teilbereiche hiervon frei bleiben. Dementsprechend werden bei der insgesamt hergestellten Solarzelle die ersten Teilbereiche von diesem weiteren Schichtenstapel bedeckt, der bei dem hierin vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise als erstes erzeugt wird und dabei an der Rückseite des Siliziumsubstrats angelagert wird und der daher hierin als „erster Rückseitenschichtenstapel“ bezeichnet wird. Die zweiten Teilbereiche werden hingegen von dem Schichtenstapel bedeckt, der mithilfe der Prozessschritte, wie sie auch bereits für den ersten Aspekt der Erfindung eingesetzt werden, bedeckt. Da dieser Schichtenstapel bei dem hierin vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise als zweites erzeugt wird und dabei ebenfalls an der Rückseite des Siliziumsubstrats angelagert wird, wird er hierin als „zweiter Rückseitenschichtenstapel“ bezeichnet. Analog zu den Rückseitenschichtenstapeln werden auch die darin eingesetzten Passivierungsschichten und polykristallinen Siliziumschichten jeweils als erste bzw. zweite Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht sowie als erste bzw. zweite polykristalline Siliziumschicht bezeichnet.The additional process step (b) includes, in particular, the production of a further layer stack consisting of a silicon oxide-containing passivation layer, a polycrystalline silicon layer, and a silicon oxide thin film covering the latter. This layer stack is spatially structured such that it covers the silicon substrate only in the first sub-regions, leaving the second sub-regions uncovered. Accordingly, in the solar cell produced overall, the first sub-regions are covered by this further layer stack, which is preferably produced first in the method proposed herein and is deposited on the back side of the silicon substrate. It is therefore referred to herein as the "first back-side layer stack." The second sub-regions, on the other hand, are covered by the layer stack produced using the same process steps as those already employed for the first aspect of the invention. Since this layer stack is preferably produced second in the method proposed herein and is also deposited on the back side of the silicon substrate, it is referred to herein as the "second back-side layer stack." Analogous to the backside layer stacks, the passivation layers and polycrystalline silicon layers used therein are also referred to as the first and second silicon oxide-containing backside passivation layer and as the first and second polycrystalline silicon layer, respectively.

Die erste und die zweite polykristalline Siliziumschicht sind dabei mit entgegengesetzten Dotierungen dotiert. D.h., wenn die erste polykristalline Siliziumschicht beispielsweise durch Einlagerung von Bor p-Typ-dotiert ist, ist die zweite polykristalline Siliziumschicht beispielsweise durch Einlagerung von Phosphor n-Typ-dotiert, und umgekehrt. Hierdurch wird bewirkt, dass diejenigen Kontaktstrukturen, die mit dem ersten Rückseitenschichtenstapel gebildet werden, als Ladungsträger-selektive Kontakte zum selektiven Ableiten eines ersten Ladungsträgertyps wirken, wohingegen die anderen Kontaktstrukturen, die mit dem zweiten Rückseitenschichtenstapel gebildet werden, als Ladungsträger-selektive Kontakte zum selektiven Ableiten des entgegengesetzten zweiten Ladungsträgertyps wirken.The first and second polycrystalline silicon layers are doped with opposite dopants. That is, if the first polycrystalline silicon layer is p-type doped, for example by boron incorporation, the second polycrystalline silicon layer is n-type doped, for example by phosphorus incorporation, and vice versa. This causes the contact structures formed with the first back-layer stack to act as charge carrier-selective contacts for the selective dissipation of a first charge carrier type, whereas the other contact structures formed with the second back-layer stack act as charge carrier-selective contacts for the selective dissipation of the opposite second charge carrier type.

Der zusätzliche Prozessschritt (g) umfasst das Erzeugen elektrischer Kontakte für die Solarzelle. Hierzu werden elektrische Kontakte z.B. als Metallkontakte, welche beispielsweise mittels Siebdruck lokal aufgebracht werden können, als erste Kontakte auf die erste polykristalline Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen und als zweite Kontakte auf die zweite polykristalline Siliziumschicht in den zweiten Teilbereichen aufgebracht.The additional process step (g) involves generating electrical contacts for the solar cell. For this purpose, electrical contacts, e.g., as metal contacts which can be applied locally by means of screen printing, are applied as first contacts to the first polycrystalline silicon layer in the first sub-areas and as second contacts to the second polycrystalline silicon layer in the second sub-areas.

Ausführungsformen des hierin beschriebenen Verfahrens zum Fertigen einer Solarzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie die dabei durchzuführenden einzelnen Prozessschritte können einfach, kostengünstig, zuverlässig und/oder in industriellem Maßstab umgesetzt werden.Embodiments of the method described herein for manufacturing a solar cell according to the second aspect of the invention, as well as the individual process steps to be carried out, can be implemented simply, cost-effectively, reliably and/or on an industrial scale.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Ausgestaltungen, Details, Eigenschaften und/oder Vorteile von Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung in dieser Anmeldung größtenteils mit Bezug auf den zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben werden. Da das hierbei beschriebene Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle das Fertigen von Kontaktstrukturen umfasst, wie es in allgemeinerer Form für Ausführungsformen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben ist, können die angegebenen Ausgestaltungen, Details, Eigenschaften und/oder Vorteile jeweils in gleicher oder analoger Weise auch auf Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung übertragen werden.It should be noted that possible embodiments, details, properties and/or advantages of the invention described herein are largely described in this application with reference to the second aspect of the invention. Since the method described herein for manufacturing a solar cell includes the fabrication of contact structures, as described in a more general form for embodiments according to the first aspect of the invention, the stated embodiments, details, properties and/or advantages can each be transferred in the same or analogous manner to embodiments of the first aspect of the invention.

In diesem Zusammenhang ist zu verstehen, dass die Begriffe „erster“ und „zweiter“, wie sie in Bezug auf die Rückseitenschichtenstapel, die Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht, die polykristalline Siliziumschicht und die Siliziumoxiddünnschicht bei der Definition des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendet werden, lediglich als Adjektive zur Unterscheidung der jeweiligen Schichten verwendet werden und nicht zwangsläufig eine Reihenfolge, Wichtigkeit oder Ähnliches implizieren sollen. Ferner ist zu verstehen, dass eine entsprechende Nomenklatur bei der Definition des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung nicht verwendet wird, da es in diesem Fall nicht notwendigerweise zwei verschiedenen Rückseitenschichtenstapel gibt, welche voneinander unterschieden werden müssten. Es wird angemerkt, dass die verschiedenen Schichten bzw. der damit gebildete Schichtenstapel, wie sie bei der Definition des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung genannt werden, den jeweils „zweiten“ Schichten bzw. dem „zweiten“ Schichtenstapel, wie sie bei der Definition des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung genannt werden, entsprechen. Dementsprechend können alle Ausgestaltungen, Details, Eigenschaften und/oder Vorteile, wie sie hierin für die jeweiligen zweiten Schichten bzw. den zweiten Rückseitenschichtenstapel beschrieben werden, in gleicher oder analoger Weise auch für die Schichten bzw. den Rückseitenschichtenstapel, wie sie bei Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eingesetzt werden, übertragen und gegebenenfalls angepasst werden.In this context, it should be understood that the terms "first" and "second," as used in relation to the backside layer stacks, the silicon oxide-containing backside passivation layer, the polycrystalline silicon layer, and the silicon oxide thin film in the definition of the method according to the second aspect of the invention, are merely used as adjectives to distinguish the respective layers and are not necessarily intended to imply any order, importance, or the like. Furthermore, it should be understood that a corresponding nomenclature is not used in the definition of the method according to the first aspect of the invention, since in this case there are not necessarily two different backside layer stacks that would need to be distinguished from one another. It is noted that the various layers, or the layer stack formed by them, as described in the The definition of the method according to the first aspect of the invention refers to the respective "second" layers or the "second" layer stack as defined in the second aspect of the invention. Accordingly, all embodiments, details, properties, and/or advantages described herein for the respective second layers or the second back-side layer stack can be transferred and, if necessary, adapted in the same or analogous manner for the layers or the back-side layer stack used in embodiments of the method according to the first aspect of the invention.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung dahingehend verstanden werden kann, dass dabei Kontaktstrukturen, wie sie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gefertigt werden können, zur Bildung einer Solarzelle gemäß einem speziellen Solarzellenkonzept eingesetzt werden. Bei diesem Solarzellenkonzept befinden sich beide elektrischen Kontakttypen jeweils an der Rückseite des Siliziumsubstrats, sodass die gefertigte Solarzelle auch als Rückkontaktsolarzelle oder insbesondere als IBC-Solarzelle bezeichnet werden kann. Dabei sind beide elektrischen Kontakttypen mithilfe von TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen unter Einsatz entsprechender Schichtenstapel gebildet.It is further noted that the method for manufacturing a solar cell according to the second aspect of the invention can be understood as employing contact structures, such as those that can be manufactured according to the first aspect of the invention, to form a solar cell according to a specific solar cell concept. In this solar cell concept, both electrical contact types are located on the back side of the silicon substrate, so that the manufactured solar cell can also be referred to as a back-contact solar cell or, in particular, as an IBC solar cell. Both electrical contact types are formed using TOPCon-type or POLO-type contact structures with appropriate layer stacks.

Es ist jedoch explizit darauf hinzuweisen, dass das Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sehr allgemein und insbesondere auch im Rahmen einer Fertigung anderer Solarzellenkonzepte eingesetzt werden kann.However, it should be explicitly pointed out that the method for manufacturing contact structures according to the first aspect of the invention can be used very generally and in particular also in the context of manufacturing other solar cell concepts.

Beispielsweise kann bei einem alternativen Solarzellenkonzept lediglich einer der elektrischen Kontakttypen mit einer TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstruktur ausgebildet sein, wohingegen ein anderer Kontakttyp mit einer anderen Kontaktstruktur wie beispielsweise einem auf ein Aluminium-Back-Surface-Field (Al-BSF) aufgebrachten Metallkontakt ausgebildet sein kann.For example, in an alternative solar cell concept, only one of the electrical contact types may be designed with a TOPCon-like or POLO-like contact structure, whereas another contact type may be designed with a different contact structure, such as a metal contact applied to an aluminum back-surface field (Al-BSF).

Ferner wird explizit darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sich auf eine Fertigung von Rückkontaktsolarzellen bezieht und dass nur aus diesem Grund hierin diejenige Oberfläche des Siliziumsubstrats, an der die Kontaktstrukturen angelagert werden, als Rückseite des Siliziumsubstrats bezeichnet wird. Für den allgemeiner zu verstehenden ersten Aspekt der Erfindung können die damit zu fertigenden Kontaktstrukturen an einer beliebigen Oberfläche des Substrats angebracht werden, sodass der Begriff „Rückseite“ in diesem Fall nicht als einschränkend zu interpretieren ist, sondern die Kontaktstrukturen auch an einer beispielsweise hin zur Sonne zu richtenden Oberfläche eines Siliziumsubstrats, wie sie oft bezogen auf Solarzellen als Frontseite bezeichnet wird, erzeugt werden können.Furthermore, it is explicitly pointed out that the method according to the second aspect of the invention relates to the manufacture of back-contact solar cells and that, solely for this reason, the surface of the silicon substrate on which the contact structures are deposited is referred to as the back of the silicon substrate. For the more general first aspect of the invention, the contact structures to be manufactured can be attached to any surface of the substrate, so that the term "back" in this case is not to be interpreted restrictively, but rather the contact structures can also be produced on a surface of a silicon substrate facing the sun, for example, which is often referred to as the front in relation to solar cells.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Siliziumoxid“ hierin im Allgemeinen als Oberbegriff für verschiedene Silizium-haltige Oxide (SiOx) zu verstehen ist und insbesondere sowohl Siliziummonoxid (SiO) als auch Siliziumdioxid (SiO2) als auch Siliziumoxinitrid (SiOxNy) umfassen soll.Finally, it should be noted that the term ‘silicon oxide’ is to be understood herein in general as a generic term for various silicon-containing oxides (SiO x ) and is intended in particular to include silicon monoxide (SiO) as well as silicon dioxide (SiO 2 ) as well as silicon oxynitride (SiO x N y ).

Nachfolgend werden mögliche Ausgestaltungen und Vorteile von Ausführungsformen des Verfahrens zum Fertigen der Solarzelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung sowie entsprechender Ausführungsformen des Verfahrens zum Fertigen der Kontaktstruktur gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in genaueren Einzelheiten beschrieben. Dabei wird im Regelfall auf die Nomenklaturen und die Nummerierungen (a) bis (g) der Prozessschritte Bezug genommen, wie sie zur Definition des zweiten Aspekts der Erfindung angegeben sind.Possible embodiments and advantages of the method for manufacturing the solar cell according to the second aspect of the invention, as well as corresponding embodiments of the method for manufacturing the contact structure according to the first aspect of the invention, are described in more detail below. Reference is generally made to the nomenclatures and numbering (a) to (g) of the process steps as specified for the definition of the second aspect of the invention.

Das in Prozessschritt (a) bereitzustellende Siliziumsubstrat kann ein beliebiges Substrat sein, das teilweise oder vollständig aus Silizium besteht. Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat ein Siliziumwafer sein. Das Siliziumsubstrat kann vorzugsweise kristallin, insbesondere monokristallin sein. Das Siliziumsubstrat kann eine p-Typ-Basisdotierung oder eine n-Typ-Basisdotierung aufweisen. Es wurde beobachtet, dass Siliziumsubstrate mit einer n-Typ-Basisdotierung oft eine höhere und stabilere Ladungsträgerlebensdauer aufweisen und damit höhere Wirkungsgrade ermöglichen und somit für den Einsatz bei dem hier vorgeschlagenen Fertigungsverfahren bevorzugt sein können.The silicon substrate to be provided in process step (a) can be any substrate consisting partially or entirely of silicon. For example, the silicon substrate can be a silicon wafer. The silicon substrate can preferably be crystalline, in particular monocrystalline. The silicon substrate can have a p-type or an n-type base doping. It has been observed that silicon substrates with an n-type base doping often exhibit a higher and more stable charge carrier lifetime, thus enabling higher efficiencies and therefore potentially being preferred for use in the manufacturing process proposed here.

Das Siliziumsubstrat kann flächenartig bzw. plattenartig ausgestaltet sein. Das Siliziumsubstrat kann Abmessungen aufweisen, wie sie typischerweise zur Fertigung von Solarzellen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat eine Dicke von wenigstens 20 µm, vorzugsweise wenigstens 50 µm oder wenigstens 90 µm sowie höchstens 500 µm, vorzugsweise höchstens 300 µm oder höchstens 200 µm aufweisen. Das Siliziumsubstrat kann eine Fläche von wenigstens 1 cm2, vorzugsweise wenigstens 4 cm2, wenigstens 20 cm2, wenigstens 100 cm2 oder wenigstens 200 cm2, meist jedoch höchstens 1000 cm2, vorzugsweise höchstens 500 cm2 oder höchstens 300 cm2 aufweisen.The silicon substrate can be in the form of sheets or plates. The silicon substrate can have dimensions typically used for manufacturing solar cells. For example, the silicon substrate can have a thickness of at least 20 µm, preferably at least 50 µm or at least 90 µm, and at most 500 µm, preferably at most 300 µm or at most 200 µm. The silicon substrate can have an area of at least 1 cm² , preferably at least 4 cm² , at least 20 cm² , at least 100 cm² or at least 200 cm² , but usually at most 1000 cm² , preferably at most 500 cm² or at most 300 cm² .

Das Siliziumsubstrat weist entgegengesetzte Oberflächen in Form einer Rückseite und einer Frontseite auf. An der Rückseite verfügt das Siliziumsubstrat über erste Teilbereiche und zweite Teilbereiche, in denen bei der gefertigten Solarzelle Kontaktstrukturen unterschiedlicher Typen ausgebildet werden sollen. Die ersten und zweiten Teilbereiche können lateral direkt aneinander angrenzen. Dementsprechend kann sich die gesamte Oberfläche der Rückseite des Siliziumsubstrats aus den ersten und zweiten Teilbereichen zusammensetzen.The silicon substrate has opposing surfaces in the form of a back and a front. On the back, the silicon substrate has first sub-regions and second sub-regions. The first and second sub-regions are designed to form contact structures of different types in the manufactured solar cell. These sub-regions can directly adjoin each other laterally. Accordingly, the entire surface of the back side of the silicon substrate can be composed of these first and second sub-regions.

Der in Prozessschritt (b) zu erzeugende erste Rückseitenschichtenstapel sowie die diesen ersten Rückseitenschichtenstapel bedeckende erste Siliziumoxiddünnschicht werden derart erzeugt, dass diese lediglich in den ersten Teilbereichen der Rückseite des Siliziumsubstrats erzeugt werden, wohingegen in den daran angrenzenden zweiten Teilbereichen weder der erste Rückseitenschichtenstapel noch die erste Siliziumoxiddünnschicht vorhanden sind. Dabei kann der erste Rückseitenschichtenstapel die ersten Teilbereiche vollflächig überdecken und/oder seinerseits von der ersten Siliziumoxiddünnschicht vollflächig überdeckt sein.The first back-side layer stack to be produced in process step (b), as well as the first silicon oxide thin film covering this first back-side layer stack, are produced such that they are only generated in the first sub-regions of the back side of the silicon substrate, whereas neither the first back-side layer stack nor the first silicon oxide thin film is present in the adjacent second sub-regions. The first back-side layer stack can completely cover the first sub-regions and/or be completely covered by the first silicon oxide thin film.

Zum Erzeugen des ersten Rückseitenschichtenstapels sowie der ersten Siliziumoxiddünnschicht können, wie weiter detaillierter unten erläutert, mehrere Prozessierungsteilschritte (b1), (b2), (b3), etc. durchgeführt werden.To produce the first backside layer stack and the first silicon oxide thin layer, several processing sub-steps (b1), (b2), (b3), etc. can be carried out, as explained in more detail below.

Der erste Rückseitenschichtenstapel umfasst eine erste Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht sowie eine erste polykristalline Siliziumschicht, die einen ersten Dotierungstyp aufweist.The first backside layer stack comprises a first silicon oxide-containing backside passivation layer and a first polycrystalline silicon layer featuring a first doping type.

Die erste Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht kann vollständig oder teilweise aus Siliziumoxid, insbesondere Siliziumdioxid, bestehen. Beispielsweise kann sie eine qualitativ hochwertige und sehr gute Oberflächenpassivierung bewirkende Siliziumoxidschicht sein. Beispielsweise kann sie eine thermisch oxidierte Siliziumschicht sein, d.h. durch thermisches Aufwachsen gebildet sein. Alternativ kann die Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht durch Abscheidungsverfahren wie zum Beispiel chemische Gasphasenabscheidung (CVD - chemical vapor deposition), insbesondere beispielsweise durch Plasma-unterstützte Gasphasenabscheidung (PECVD - plasma enhanced CVD) oder Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD - low pressure CVD) abgeschieden werden. Sie kann eine sehr geringe Dicke von beispielsweise weniger als 20 nm, vorzugsweise weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder sogar weniger als 3 nm, meist jedoch mehr als 0,5 nm oder mehr als 1 nm aufweisen.The first silicon oxide-containing backside passivation layer can consist entirely or partially of silicon oxide, particularly silicon dioxide. For example, it can be a high-quality silicon oxide layer that provides excellent surface passivation. It can also be a thermally oxidized silicon layer, i.e., formed by thermal growth. Alternatively, the silicon oxide-containing backside passivation layer can be deposited by deposition processes such as chemical vapor deposition (CVD), in particular plasma-enhanced CVD (PECVD) or low-pressure CVD (LPCVD). It can have a very small thickness, for example, less than 20 nm, preferably less than 10 nm, less than 5 nm, or even less than 3 nm, but usually more than 0.5 nm or more than 1 nm.

Aufgrund ihrer geringen Dicke kann die erste Rückseiten-Passivierungsschicht auch als Tunneloxidschicht bezeichnet werden. Ladungsträger können durch diese sehr dünne Schicht eventuell hindurchtunneln. Alternativ oder ergänzend können Ladungsträger durch die dünne erste Rückseiten-Passivierungsschicht eventuell entlang mikroskopischer Durchgangslöcher, welche auch als Pinholes bezeichnet werden, hindurchtreten.Due to its small thickness, the first backside passivation layer can also be called a tunnel oxide layer. Charge carriers may be able to tunnel through this very thin layer. Alternatively or additionally, charge carriers may also pass through the thin first backside passivation layer along microscopic pinholes.

Die erste polykristalline Siliziumschicht kann vollständig oder teilweise aus polykristallinem Silizium bestehen. Sie kann eine Dicke von typischerweise wenigstens 10 nm, vorzugsweise wenigstens 20 nm, wenigstens 30 nm, wenigstens 50 nm oder sogar wenigstens 100 nm, meist jedoch weniger als 300 nm, weniger als 200 nm oder weniger als 150 nm aufweisen. Die erste poly-Si-Schicht kann beispielsweise durch Gasphasenabscheidung, insbesondere PECVD oder LPCVD erzeugt worden sein. Dabei ist die erste poly-Si-Schicht zumindest teilweise mit Dotanden dotiert. Beispielsweise kann Bor in die erste poly-Si-Schicht eingelagert sein, um diese mit einem p-Typ zu dotieren. Alternativ kann beispielsweise Phosphor in die erste poly-Si-Schicht eingelagert sein, um diese mit einem n-Typ zu dotieren.The first polycrystalline silicon layer can consist entirely or partially of polycrystalline silicon. It can have a thickness of typically at least 10 nm, preferably at least 20 nm, at least 30 nm, at least 50 nm, or even at least 100 nm, but usually less than 300 nm, less than 200 nm, or less than 150 nm. The first poly-Si layer can be produced, for example, by vapor deposition, in particular PECVD or LPCVD. The first poly-Si layer is at least partially doped with dopants. For example, boron can be incorporated into the first poly-Si layer to dope it with a p-type dopant. Alternatively, phosphorus can be incorporated into the first poly-Si layer to dope it with an n-type dopant.

Ein Erzeugen der ersten poly-Si-Schicht kann dabei derart durchgeführt werden, dass sich eine homogene Dotierung darin einstellt. Alternativ kann die erste poly-Si-Schicht inhomogen dotiert sein. Beispielsweise kann diese Schicht mehrlagig bzw. als Mehrfachschicht ausgebildet sein, wobei eine poly-Si-Teilschicht schwach dotiert oder undotiert, d.h. intrinsisch, ausgebildet sein kann und eine daran angrenzende weitere poly-Si-Teilschicht stärker dotiert sein kann. Eine Dotierungskonzentration der poly-Si-Schicht kann beispielsweise mindestens 1×1018 cm-3, vorzugsweise mindestens 1×1019 cm-3, meist jedoch weniger als 1×1021 cm-3 betragen.The first poly-Si layer can be produced in such a way that it achieves homogeneous doping. Alternatively, the first poly-Si layer can be inhomogeneously doped. For example, this layer can be multilayered, with one poly-Si sublayer being weakly doped or undoped (i.e., intrinsically doped), and an adjacent poly-Si sublayer being more heavily doped. The doping concentration of the poly-Si layer can be, for example, at least 1 × 10¹⁸ cm⁻³ , preferably at least 1 × 10¹⁹ cm⁻³ , but usually less than 1 × 10²¹ cm⁻³ .

Die den ersten Rückseitenschichtenstapel bedeckende erste Siliziumoxiddünnschicht kann eine Dicke aufweisen, die geringer ist als die Dicke der ersten polykristallinen Siliziumschicht, insbesondere geringer als eine Hälfte, ein Drittel, ein Viertel, ein Fünftel, ein Siebtel oder ein Zehntel der Dicke der ersten polykristallinen Siliziumschicht. Beispielsweise kann die Siliziumoxiddünnschicht dünner als 50 nm, vorzugsweise dünner als 30 nm, dünner als 20 nm, dünner als 10 nm oder sogar dünner als 5 nm sein, meist jedoch dicker als 1 nm, vorzugsweise dicker als 2 nm oder dicker als 3 nm. Die erste Siliziumoxiddünnschicht kann vorzugsweise aus einem thermisch gewachsenen Siliziumoxid bestehen, wobei die Siliziumoxiddünnschicht dadurch auf der darunterliegenden poly-Si-Schicht aufwachsen kann, dass das gesamte Siliziumsubstrat samt der poly-Si-Schicht zumindest zeitweise in einer heißen, Sauerstoffhaltigen Atmosphäre aufgenommen wird oder wobei die Siliziumoxiddünnschicht dadurch auf der darunterliegenden poly-Si-Schicht aufwachsen kann, dass die poly-Si-Schicht temporär durch Bestrahlen mit Laserlicht lokal erhitzt wird und dabei von einer Sauerstoffhaltigen Atmosphäre umgeben ist.The first silicon oxide thin layer covering the first back-side layer stack may have a thickness less than the thickness of the first polycrystalline silicon layer, in particular less than one half, one third, one quarter, one fifth, one seventh or one tenth of the thickness of the first polycrystalline silicon layer. For example, the silicon oxide thin film can be thinner than 50 nm, preferably thinner than 30 nm, thinner than 20 nm, thinner than 10 nm, or even thinner than 5 nm, but usually thicker than 1 nm, preferably thicker than 2 nm or thicker than 3 nm. The first silicon oxide thin film can preferably consist of a thermally grown silicon oxide, wherein the silicon oxide thin film can grow on the underlying poly-Si layer by immersing the entire silicon substrate, including the poly-Si layer, at least temporarily in a hot, oxygen-containing atmosphere, or wherein the silicon oxide thin film can grow on the underlying poly-Si layer by temporarily heating the poly-Si layer locally by irradiating it with laser light. is surrounded by an oxygen-containing atmosphere.

In dem Prozessschritt (c) wird dann ein zweiter Rückseitenschichtenstapel erzeugt, und zwar derart, dass er sowohl die ersten Teilbereiche als auch die zweiten Teilbereiche überdeckt. Anders ausgedrückt kann der zweite Rückseitenschichtenstapel derart erzeugt werden, dass er die gesamte Rückseite des Siliziumsubstrats einschließlich dem dort in den ersten Teilbereichen bereits zuvor ausgebildeten Rückseitenschichtenstapel und der Siliziumoxiddünnschicht bedeckt.In process step (c), a second backside layer stack is then produced in such a way that it covers both the first and second sub-regions. In other words, the second backside layer stack can be produced in such a way that it covers the entire backside of the silicon substrate, including the backside layer stack and the silicon oxide thin film already formed there in the first sub-regions.

Der zweite Rückseitenschichtenstapel umfasst dabei ähnlich wie der erste Rückseitenschichtenstapel eine zweite Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht sowie eine zweite polykristalline Siliziumschicht. Die zweite Siliziumoxid-haltige Rückseitenpassivierungsschicht kann ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die erste Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht, insbesondere hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, den zu ihrer Herstellung eingesetzten Prozessen sowie ihrer geometrischen Eigenschaften. Ebenso kann auch die zweite poly-Si-Schicht ähnliche Eigenschaften aufweisen wie die erste poly-Si-Schicht, insbesondere hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, den zu ihrer Herstellung eingesetzten Prozessen sowie ihrer geometrischen Eigenschaften. Allerdings unterscheidet sich die zweite poly-Si-Schicht hinsichtlich ihrer Dotierung von der ersten poly-Si-Schicht. Insbesondere ist die zweite poly-Si-Schicht verglichen mit der ersten poly-Si-Schicht mit einem entgegengesetzten Dotierungstyp dotiert. Auch können sich Dotierungskonzentrationen bei den beiden poly-Si-Schichten unterscheiden.The second back-layer stack, like the first, comprises a second silicon oxide-containing back-layer passivation layer and a second polycrystalline silicon layer. The second silicon oxide-containing back-layer passivation layer can exhibit similar properties to the first silicon oxide-containing back-layer passivation layer, particularly with regard to its chemical composition, the processes used for its fabrication, and its geometric properties. Likewise, the second poly-Si layer can also exhibit similar properties to the first poly-Si layer, particularly with regard to its chemical composition, the processes used for its fabrication, and its geometric properties. However, the second poly-Si layer differs from the first poly-Si layer in its doping. In particular, the second poly-Si layer is doped with the opposite doping type compared to the first poly-Si layer. Doping concentrations may also differ between the two poly-Si layers.

Anschließend wird eine kombinierte Prozessschrittfolge (d+e) durchgeführt, bei der letztendlich eine zweite Siliziumoxiddünnschicht gebildet wird, welche Zentralbereiche der zweiten Teilbereiche sowie, optional, Randbereiche der zweiten Teilbereiche bedeckt und welche die ersten Teilbereiche nicht bedeckt. Hierzu wird gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens eine Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d1) und (e1) oder gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens alternativ eine Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d2) und (e2) wie folgt durchgeführt:Subsequently, a combined process sequence (d+e) is carried out, in which a second silicon oxide thin film is ultimately formed. This second film covers the central regions of the second sub-regions and, optionally, the peripheral regions of the second sub-regions, while not covering the first sub-regions. According to a first embodiment of the process, this is achieved by combining steps (d1) and (e1) as defined below, or alternatively, according to a second embodiment, by combining steps (d2) and (e2) as defined below:

In Prozessschritt (d1) wird ein Annealschritt durchgeführt. Hierzu wird das Siliziumsubstrat mitsamt dem daran zuvor ausgebildeten zweiten Rückseitenschichtenstapel in eine hierin als Annealatmosphäre bezeichnete heiße Gasatmosphäre beispielsweise in einem Ofen eingebracht und darin für eine vorgegebene Prozessdauer bei hohen Temperaturen gehalten. Die Prozessdauer kann hierbei mehrere Minuten bis hin zu wenigen Stunden betragen, d.h. meist mehr als 1 min, vorzugsweise mehr als 5 min, mehr als 10 min oder mehr als 20 min, meist jedoch weniger als 3 h, weniger als 1 h oder weniger als 40 min dauern. Die hierbei auf das Substrat wirkenden Temperaturen liegen oberhalb von 700 °C, meist oberhalb von 800 °C, typischerweise in einem Bereich von 850 ± 50 °C.In process step (d1), an annealing step is performed. For this purpose, the silicon substrate, together with the previously formed second back-side layer stack, is placed in a hot gas atmosphere, referred to herein as the annealing atmosphere, for example in a furnace, and held there at high temperatures for a predetermined process duration. This process duration can range from several minutes to a few hours, i.e., usually more than 1 minute, preferably more than 5 minutes, more than 10 minutes, or more than 20 minutes, but usually less than 3 hours, less than 1 hour, or less than 40 minutes. The temperatures acting on the substrate are above 700 °C, usually above 800 °C, typically in the range of 850 ± 50 °C.

Bei einem solchen Annealschritt können insbesondere mikroskopische Schäden, wie sie beispielsweise beim Erzeugen der zweiten polykristallinen Siliziumschicht innerhalb derselben oder in der angrenzenden zweiten Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht oder dem daran angrenzenden Siliziumsubstrat bewirkt wurden, zumindest teilweise ausgeheilt werden.In such an annealing step, microscopic damage, such as that caused during the production of the second polycrystalline silicon layer within the same or adjacent second silicon oxide-containing backside passivation layer or the adjacent silicon substrate, can be at least partially repaired.

Die Annealatmosphäre kann hierbei größtenteils aus einem inerten Gas wie beispielsweise Stickstoff bestehen. Allerdings soll bei dem hierin vorgeschlagenen Verfahren gemäß dessen erster Ausgestaltung nicht während des gesamten Annealschritts ausschließlich inertes Gas das Siliziumsubstrat umgeben. Stattdessen soll der Annealschritt gezielt derart ausgeführt werden, dass die Annealatmosphäre zumindest zeitweise über einen zumindest geringen Anteil an Sauerstoff verfügt. Dieser Sauerstoff kann beispielsweise gezielt in die Annealatmosphäre eingegeben bzw. eindosiert werden. Beispielsweise kann im Anschluss an eine Prozessdauer, bei der der Annealschritt mit rein inertem Gas durchgeführt wird, gegen Ende des Annealschritts gezielt Sauerstoff in die Annealatmosphäre injiziert werden. Alternativ kann dafür gesorgt werden, dass die Annealatmosphäre während des Annealschritts zumindest einen kleinen Anteil an Sauerstoff, d.h. einen zumindest geringen Sauerstoffpartialdruck, aufweist.The anneal atmosphere can consist largely of an inert gas such as nitrogen. However, in the first embodiment of the method proposed herein, the silicon substrate is not surrounded exclusively by inert gas throughout the entire annealing step. Instead, the annealing step is designed to be carried out in such a way that the annealing atmosphere contains at least a small proportion of oxygen, at least temporarily. This oxygen can, for example, be selectively introduced or metered into the annealing atmosphere. For instance, after a process duration in which the annealing step is carried out with purely inert gas, oxygen can be selectively injected into the annealing atmosphere towards the end of the step. Alternatively, it can be ensured that the annealing atmosphere has at least a small proportion of oxygen, i.e., a low partial pressure of oxygen, during the annealing step.

Der Anteil an Sauerstoff in der Annealatmosphäre sowie die Dauer, über die das Siliziumsubstrat der mit Sauerstoff versetzten Annealatmosphäre ausgesetzt wird, sollen dabei derart bemessen sein, dass sich aufgrund des vorhandenen Sauerstoffs und der hohen Temperaturen an einer freiliegenden Oberfläche der zuvor abgeschiedenen zweiten polykristallinen Siliziumschicht eine zweite Siliziumoxiddünnschicht bildet. Anders ausgedrückt wird die zweite poly-Si-Schicht während des Annealschritt gezielt thermisch aufoxidiert, um darauf die zweite Siliziumoxiddünnschicht zu bilden. Eine Dicke der zweiten gebildeten Siliziumoxiddünnschicht hängt dabei von verschiedenen Prozessparametern wie insbesondere einer Prozessdauer, einer Prozesstemperatur, einer Menge an vorhandenem Sauerstoff, einem Sauerstoffpartialdruck, etc. ab. Die Parameter können, wie weiter unten detaillierter erläutert, so eingestellt werden, dass die Siliziumoxiddünnschicht lediglich mit einer geringen Schichtdicke erzeugt wird.The oxygen content in the anneal atmosphere, as well as the duration for which the silicon substrate is exposed to the oxygen-enriched anneal atmosphere, should be precisely controlled such that, due to the presence of oxygen and the high temperatures, a second silicon oxide thin film forms on an exposed surface of the previously deposited second polycrystalline silicon layer. In other words, the second poly-Si layer is selectively thermally oxidized during the annealing step to form the second silicon oxide thin film. The thickness of the second silicon oxide thin film depends on various process parameters, such as the process duration, process temperature, amount of oxygen present, oxygen partial pressure, etc. As explained in more detail below, these parameters can be adjusted to achieve the desired silicon oxide thinness. The layer is produced with only a small layer thickness.

Im anschließenden Prozessschritt (e1) wird bei der ersten Ausgestaltung des Verfahrens die zuvor gebildete zweite Siliziumoxiddünnschicht zumindest in den ersten Teilbereichen durch Laserablation entfernt. Eventuell kann auch in außenliegenden Randbereichen der zweiten Teilbereiche die zweite Siliziumoxiddünnschicht durch Laserablation entfernt werden.In the subsequent process step (e1), in the first embodiment of the method, the previously formed second silicon oxide thin layer is removed by laser ablation, at least in the first sub-areas. It may also be possible to remove the second silicon oxide thin layer by laser ablation in the outer edge regions of the second sub-areas.

Hierzu kann beispielsweise ein von einem Laser emittierter Laserstrahl mit geeigneten Lasereigenschaften auf die Siliziumoxiddünnschicht in den ersten Teilbereichen und optional auch in den Randbereichen gerichtet werden. Der Laserstrahl kann beispielsweise sukzessive als fokussierter Spot über die genannten Bereiche geführt, d.h. gescannt werden. Die Lasereigenschaften sind dabei derart gewählt, dass es zu einer Absorption des Laserstrahls in der Siliziumoxiddünnschicht oder der daran angrenzenden dotierten polykristallinen Siliziumschicht kommt und dabei derart viel Energie freigesetzt wird, dass es zu einem Ablatieren, das heißt beispielsweise zu einem lokalen Abplatzen und/oder Verdampfen von Material der zweiten Siliziumoxiddünnschicht kommt, sodass die zweite Siliziumoxiddünnschicht in den bestrahlten Bereichen entfernt wird. Mögliche Eigenschaften eines hierbei einzusetzenden Lasers werden weiter unten mit Bezug auf eine Ausführungsform genauer erläutert.For this purpose, a laser beam emitted by a laser with suitable laser properties can be directed onto the silicon oxide thin layer in the initial sub-regions and optionally also in the edge regions. The laser beam can, for example, be successively guided as a focused spot across these regions, i.e., scanned. The laser properties are selected such that the laser beam is absorbed in the silicon oxide thin layer or the adjacent doped polycrystalline silicon layer, releasing sufficient energy to cause ablation, i.e., local flaking and/or vaporization of material from the second silicon oxide thin layer, thus removing the second silicon oxide thin layer in the irradiated areas. Possible properties of a laser to be used in this process are explained in more detail below with reference to one embodiment.

Als Alternative zu der vorangehend beschriebenen Prozessschrittfolge (d1+e1) gemäß der ersten Ausgestaltung des Verfahrens kann die lokal strukturierte Siliziumoxiddünnschicht auch mithilfe so genannter Laseroxidation mittels einer Prozessschrittfolge (d2+e2) gemäß der zweiten Ausgestaltung des Verfahrens erzeugt werden.As an alternative to the process sequence (d1+e1) described above according to the first embodiment of the process, the locally structured silicon oxide thin film can also be produced using so-called laser oxidation by means of a process sequence (d2+e2) according to the second embodiment of the process.

Hierzu kann die zuvor erzeugte polykristallinen Siliziumschicht nach einem vorzugsweise in inerter Atmosphäre durchgeführten Annealschritt lokal in den zweiten Teilbereichen mit Laserlicht bestrahlt werden. Eigenschaften des hierbei eingesetzten Lasers bzw. des mit diesem emittierten Laserlichts werden in diesem Fall derart gesetzt, dass die poly-Si-Schicht durch das Bestrahlen mit dem Laserlicht zwar kurzzeitig stark erhitzt wird, es aber im Allgemeinen nicht zu einer Ablation kommt. Typischerweise wird hierzu ein Laser eingesetzt, der hinsichtlich einer emittierten Wellenlänge und anderer Parameter zwar ähnlich ausgestaltet sein kann wie zum Ablatieren konzipierte Laser, bei dem aber beispielsweise eine Laserpulslänge größer bzw. eine Laserpulsenergie kleiner sein kann als bei zum Ablatieren einzusetzenden Lasern. Durch das kurzzeitige Erhitzen der poly-Si-Schicht mittels des Lasers kann es in den erhitzten Bereichen zu einer chemischen Reaktion mit dem in einer umgebenden Atmosphäre enthaltenen Sauerstoff kommen, sodass lokal eine dünne zweite Siliziumoxidschicht aufwächst.For this purpose, the previously produced polycrystalline silicon layer, after an annealing step preferably carried out in an inert atmosphere, can be locally irradiated with laser light in the second sub-regions. The properties of the laser used, or rather the laser light emitted by it, are set such that the poly-Si layer is briefly heated intensely by the laser light irradiation, but generally no ablation occurs. Typically, a laser is used that, with regard to emitted wavelength and other parameters, may be similar to lasers designed for ablation, but in which, for example, the laser pulse length may be longer or the laser pulse energy lower than in lasers used for ablation. The brief heating of the poly-Si layer by the laser can cause a chemical reaction with the oxygen contained in the surrounding atmosphere in the heated areas, so that a thin second silicon oxide layer grows locally.

Anschließend wird im Prozessschritt (f) ein selektives Ätzen durchgeführt, bei dem das Siliziumsubstrat mitsamt den daran zuvor ausgebildeten verschiedenen Schichten in eine hochselektive Ätzsubstanz eingebracht wird. Die Ätzsubstanz kann hierbei eine Flüssigkeit, insbesondere eine Lösung sein. Alternativ ist auch vorstellbar, als Ätzsubstanz eine Paste, ein Gas, einen Dampf oder ein Plasma einzusetzen.Subsequently, in process step (f), selective etching is carried out in which the silicon substrate, along with the various layers previously formed on it, is immersed in a highly selective etching agent. The etching agent can be a liquid, particularly a solution. Alternatively, a paste, a gas, a vapor, or a plasma can also be used as the etching agent.

Die Ätzsubstanz wird dabei derart gewählt, dass sie eine hohe Ätzrate für Silizium aufweist, aber lediglich eine deutlich niedrigere Ätzrate für Siliziumoxid besitzt. Anders ausgedrückt können chemische Eigenschaften der Ätzsubstanz derart gewählt sein, dass Silizium deutlich schneller geätzt wird als Siliziumoxid. Beispielsweise kann die Ätzrate für Silizium wenigstens um den Faktor 2, vorzugsweise um den Faktor 5, den Faktor 10, den Faktor 20, den Faktor 50 oder sogar den Faktor 100 größer sein als die Ätzrate für Siliziumoxid.The etching agent is selected to have a high etch rate for silicon but a significantly lower etch rate for silicon oxide. In other words, the chemical properties of the etching agent can be chosen such that silicon is etched much faster than silicon oxide. For example, the etch rate for silicon can be at least 2 times, preferably 5 times, 10 times, 20 times, 50 times, or even 100 times greater than the etch rate for silicon oxide.

Hierdurch kann bewirkt werden, dass einerseits in den ersten Teilbereichen, in denen die zweite poly-Si-Schicht zuvor durch Laserablation von der darüber liegenden Siliziumoxiddünnschicht befreit wurde bzw. in denen keine Siliziumoxiddünnschicht mittels Laseroxidation erzeugt wurde und in denen somit die Ätzsubstanz die zweite poly-Si-Schicht direkt angreifen kann, diese zweite poly-Si-Schicht schnell durch Ätzen angegriffen und innerhalb einer kurzen Prozessdauer möglichst vollständig entfernt wird. Gleichzeitig kann die Ätzsubstanz in den seitlich daran angrenzenden zweiten Teilbereichen, die von der zweiten Siliziumoxiddünnschicht bedeckt sind und in denen diese Siliziumoxiddünnschicht quasi als Ätzmaske wirkt, nicht in direkten Kontakt mit der zweiten poly-Si-Schicht gelangen. Stattdessen kann die Ätzsubstanz dort lediglich die zweite Siliziumoxiddünnschicht anätzen. Aufgrund der stark selektiven Ätzwirkung der hochselektiven Ätzsubstanz wird die Siliziumoxiddünnschicht dabei jedoch allenfalls sehr langsam geätzt.This ensures that, on the one hand, in the first sub-areas where the second poly-Si layer was previously freed from the overlying silicon oxide thin layer by laser ablation, or where no silicon oxide thin layer was created by laser oxidation and where the etching agent can therefore directly attack the second poly-Si layer, this second poly-Si layer is rapidly etched and removed as completely as possible within a short process time. Simultaneously, in the adjacent sub-areas, which are covered by the second silicon oxide thin layer and where this thin layer acts as an etching mask, the etching agent cannot come into direct contact with the second poly-Si layer. Instead, the etching agent can only etch the second silicon oxide thin layer in these areas. Due to the highly selective etching action of the highly selective etching agent, the silicon oxide thin layer is etched only very slowly, if at all.

Dementsprechend kann selbst eine verhältnismäßig dünne Siliziumoxiddünnschicht, die insbesondere deutlich dünner als die darunterliegende zweite polykristalline Siliziumschicht ist, genügen, um während der gesamten Prozessdauer des selektiven Ätzens der Ätzsubstanz standzuhalten, d.h. ihre maskierende Wirkung für die darunterliegenden Bereiche der zweiten poly-Si-Schicht zu behalten. Somit kann mithilfe des durchgeführten selektiven Ätzschrittes die zweite poly-Si-Schicht in den ersten Teilbereichen sowie optional in den Randbereichen der zweiten Teilbereiche vorzugsweise vollständig entfernt werden und zumindest innerhalb der Randbereiche der zweiten Teilbereiche geschützt durch die zweite Siliziumoxiddünnschicht weitgehend ungeätzt verbleiben. In diesen zweiten Teilbereichen kann die zweite polykristalline Siliziumschicht somit zusammen mit der darunterliegenden Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht als lokale Kontaktstruktur dienen.Accordingly, even a relatively thin silicon oxide thin film, which is particularly thinner than the underlying second polycrystalline silicon layer, can suffice to withstand the etching agent throughout the entire selective etching process, i.e., to retain its masking effect for the underlying areas of the second poly-Si layer. Thus, the selective etching step can preferably completely remove the second poly-Si layer in the initial sub-regions and, optionally, in the edge regions of the second sub-regions. The etched material can be removed and, at least within the boundary regions of the second sub-areas, remain largely unetched, protected by the second silicon oxide thin layer. In these second sub-areas, the second polycrystalline silicon layer, together with the underlying silicon oxide-containing backside passivation layer, can thus serve as a local contact structure.

In einem abschließenden Prozessschritt (g) können dann elektrische erste Kontakte auf die erste polykristalline Siliziumschicht in den ersten Teilbereichen und elektrische zweite Kontakte auf die zweite polykristalline Siliziumschicht in den zweiten Teilbereichen aufgebracht werden. Als elektrische erste und zweite Kontakte können hierbei beispielsweise lokal aufgebrachte Schichten aus einem elektrisch leitfähigen Material eingesetzt werden. Beispielsweise können die Kontakte, wie weiter unten detaillierter erläutert, mittels Siebdruck aufgebracht werden.In a final process step (g), electrical first contacts can then be applied to the first polycrystalline silicon layer in the first sub-areas, and electrical second contacts can be applied to the second polycrystalline silicon layer in the second sub-areas. Locally applied layers of an electrically conductive material can be used as the electrical first and second contacts. For example, the contacts can be applied by screen printing, as explained in more detail below.

Insgesamt kann mithilfe des vorangehend beschriebenen Verfahrens eine Siliziumsolarzelle gefertigt werden, bei der beide entgegengesetzte Kontakttypen an der Rückseite des Siliziumsubstrats angeordnet sind und jeweils mithilfe von TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen realisiert sind.Overall, a silicon solar cell can be manufactured using the method described above, in which both opposite contact types are arranged on the back of the silicon substrate and are each realized using TOPCon-like or POLO-like contact structures.

Es ist darauf hinzuweisen, dass bei dem zum Fertigen der Solarzelle eingesetzten Verfahren über die genannten Prozessschritte hinaus noch weitere Prozessschritte durchgeführt werden können. Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat durch ein geeignetes Ätzen von einem oberflächlichen Sägeschaden befreit und/oder texturiert werden und/oder poliert werden. Ferner können weitere Schichten beispielsweise in Form von Passivierungsschichten, Maskierungsschichten, Antireflexschichten, etc. lokal oder flächig aufgebracht werden und gegebenenfalls durch zusätzliche Schritte lokal abgetragen und damit strukturiert werden.It should be noted that the manufacturing process used for the solar cell can include further process steps beyond those already mentioned. For example, the silicon substrate can be etched to remove surface saw damage, textured, and/or polished. Furthermore, additional layers, such as passivation layers, masking layers, or antireflective coatings, can be applied locally or across the entire surface and, if necessary, locally removed and thus structured through additional steps.

Gemäß einer Ausführungsform wird in Verfahrensschritt (d1) der Annealschritt bzw. in Verfahrensschritt (e2) der Oxidierungsschritt derart durchgeführt, dass die zweite Siliziumoxiddünnschicht mit einer Dicke von wenigstens 1 nm, vorzugsweise wenigstens 2 nm, wenigstens 4 nm oder wenigstens 8 nm und höchstens 40 nm, vorzugsweise höchstens 30 nm, höchstens 20 nm oder höchstens 12 nm gebildet wird.According to one embodiment, in process step (d1) the annealing step or in process step (e2) the oxidation step is carried out such that the second silicon oxide thin film is formed with a thickness of at least 1 nm, preferably at least 2 nm, at least 4 nm or at least 8 nm and at most 40 nm, preferably at most 30 nm, at most 20 nm or at most 12 nm.

Anders ausgedrückt sollen Prozessparameter, die während des Annealschritts bzw. während des Oxidierungsschritts ein Bilden der Siliziumoxiddünnschicht beeinflussen, derart gewählt werden, dass im Rahmen des Annealschritts bzw. des Oxidierungsschritts die Siliziumoxiddünnschicht mit einer Mindestdicke erzeugt wird, die ausreicht, um sie während des nachfolgenden Ätzschrittes ausreichend als Ätzmaske wirken zu lassen. Mit anderen Worten soll die Siliziumoxiddünnschicht derart dick erzeugt werden, dass sie während des nachfolgenden Ätzschrittes nicht vollständig weggeätzt wird. Hierzu genügt es im Allgemeinen, die Siliziumoxiddünnschicht mit einer Schichtdicke von zumindest zwischen 1 nm und 15 nm aufzuwachsen.In other words, process parameters that influence the formation of the silicon oxide thin film during the annealing or oxidation step should be selected such that the silicon oxide thin film is produced with a minimum thickness sufficient to function adequately as an etching mask during the subsequent etching step. In other words, the silicon oxide thin film should be produced thick enough that it is not completely etched away during the subsequent etching step. Generally, it is sufficient to grow the silicon oxide thin film with a thickness of at least 1 nm to 15 nm.

Andererseits sollte die Siliziumoxiddünnschicht nicht mit einer zu großen Schichtdicke gebildet werden. Beim thermischen Aufwachsen der zweiten Siliziumoxiddünnschicht auf der zweiten poly-Si-Schicht entsteht Siliziumoxid durch Oxidieren von Silizium aus der poly-Si-Schicht, sodass die poly-Si-Schicht dabei teilweise konsumiert bzw. umgewandelt wird. Ein Erzeugen der zweiten Siliziumoxiddünnschicht mit einer zu großen Schichtdicke würde bedeuten, dass die zweite poly-Si-Schicht in erheblichem Maße Dicke verlieren würde und somit entweder vorab aufwändig mit einer höheren Schichtdicke abgeschieden werden müsste oder nur mit einer unzureichenden Schichtdicke verbleiben würde. Ein Erzeugen der zweiten Siliziumoxiddünnschicht mit einer übermäßig großen Schichtdicke würde daher sowohl beim Erzeugen der Siliziumoxiddünnschicht selbst eine verlängerte Prozessdauer als auch beim Erzeugen der darunterliegenden zweiten poly-Si-Schicht eine verlängerte Prozessdauer erfordern.On the other hand, the silicon oxide thin film should not be formed with excessive thickness. During the thermal growth of the second silicon oxide thin film on the second poly-Si layer, silicon oxide is formed by the oxidation of silicon from the poly-Si layer, so the poly-Si layer is partially consumed or transformed in the process. Forming the second silicon oxide thin film with excessive thickness would mean that the second poly-Si layer would lose a significant amount of thickness and would therefore either have to be deposited beforehand with a greater thickness, which would be costly, or would result in an insufficient thickness. Therefore, forming the second silicon oxide thin film with excessive thickness would require a longer process time both for the formation of the silicon oxide thin film itself and for the formation of the underlying second poly-Si layer.

Wie hierin an anderer Stelle detaillierter angegeben, ist es bei dem hierin vorgestellten Verfahren für das Erreichen einer ausreichenden Maskierwirkung nicht erforderlich, die zweite Siliziumoxiddünnschicht besonders dick zu erzeugen, da aufgrund der hohen Ätzselektivität der im nachfolgenden Schritt eingesetzten Ätzsubstanz bereits eine dünne zweite Siliziumoxiddünnschicht genügt, um die davon bedeckte zweite poly-Si-Schicht ausreichend maskierend zu schützen.As detailed elsewhere herein, in the method presented here, it is not necessary to produce a particularly thick second silicon oxide thin layer to achieve a sufficient masking effect, since, due to the high etch selectivity of the etching substance used in the subsequent step, a thin second silicon oxide thin layer is sufficient to adequately mask and protect the second poly-Si layer covered by it.

Gemäß einer Ausführungsform wird in Verfahrensschritt (e1) die zweite Siliziumoxiddünnschicht mithilfe eines Lasers ablatiert bzw. in Verfahrensschritt (e2) wird die zweite polykristalline Siliziumschicht mit einem Laser bestrahlt, dessen emittiertes Laserlicht eine Eindringtiefe in die zweite polykristalline Siliziumschicht aufweist, welche kleiner ist als eine Dicke der zweiten polykristallinen Siliziumschicht.According to one embodiment, in process step (e1) the second silicon oxide thin layer is ablated using a laser, or in process step (e2) the second polycrystalline silicon layer is irradiated with a laser whose emitted laser light has a penetration depth into the second polycrystalline silicon layer which is less than the thickness of the second polycrystalline silicon layer.

Anders ausgedrückt soll die Eindringtiefe, bis zu der ein überwiegender Anteil, d.h. beispielsweise mehr als 50 %, vorzugsweise mehr als 70 %, mehr als 90 % oder sogar mehr als 95 %, des von dem Laser emittierten Laserlichts in Material der zweiten poly-Si-Schicht eindringt, bevor es absorbiert wird, kleiner sein als die Schichtdicke der zweiten poly-Si-Schicht selbst. Die Eindringtiefe des emittierten Laserlichts in Silizium kann beispielsweise kleiner als 200 nm, vorzugsweise kleiner als 150 nm, kleiner als 100 nm, kleiner als 50 nm, kleiner als 30 nm, kleiner als 20 nm oder sogar kleiner als 10 nm sein. Mit anderen Worten soll zum Ablatieren der zweiten Siliziumoxiddünnschicht bzw. zum Laseroxidieren der poly-Si-Schicht ein Laser eingesetzt werden, dessen emittiertes Laserlicht aufgrund von dessen physikalischen Eigenschaften zu einem erheblichen Anteil, größtenteils oder sogar vollständig innerhalb der zweiten poly-Si-Schicht absorbiert wird. Dabei führt die beim Absorbieren umgewandelte Energie zu einem starken lokalen Erhitzen, welches dann je nach temporär erreichter Temperatur wiederum zum Ablatieren der angrenzenden zweiten Siliziumoxiddünnschicht oder zum Laseroxidieren der poly-Si-Schicht führt. Dementsprechend durchdringen keine oder allenfalls geringe Anteile des eingestrahlten Laserlichts in diesem Fall die zweite poly-Si-Schicht und gelangen somit nicht bis zu dem darunterliegenden Siliziumsubstrat, wo sie unerwünscht oder sogar schädigend wirken könnten.In other words, the penetration depth to which a predominant proportion, i.e., for example, more than 50%, preferably more than 70%, more than 90%, or even more than 95%, of the laser light emitted by the laser penetrates the material of the second poly-Si layer before it is absorbed, should be less than the layer thickness of the second poly- The penetration depth of the emitted laser light into silicon can be, for example, less than 200 nm, preferably less than 150 nm, less than 100 nm, less than 50 nm, less than 30 nm, less than 20 nm, or even less than 10 nm. In other words, a laser is to be used to ablate the second silicon oxide thin layer or to laser oxidize the poly-Si layer, the emitted laser light of which, due to its physical properties, is absorbed to a significant extent, largely, or even completely within the second poly-Si layer. The energy converted during absorption leads to strong local heating, which, depending on the temporarily reached temperature, then leads to the ablation of the adjacent second silicon oxide thin layer or to the laser oxidation of the poly-Si layer. Accordingly, in this case, no or only very small proportions of the incident laser light penetrate the second poly-Si layer and thus do not reach the underlying silicon substrate, where they could have an undesirable or even damaging effect.

Zu Lasereigenschaften, welche die Absorption in einem Material und damit die Eindringtiefe in das Material beeinflussen, zählen unter anderem eine Frequenz bzw. Wellenlänge des Laserlichts. Es wurde für die hierin beschriebenen Verfahren erkannt, dass zum Ablatieren der zweiten Siliziumoxiddünnschicht vorzugsweise Laser mit einer Emissionswellenlänge von weniger als 700 nm, vorzugsweise weniger als 600 nm, weniger als 500 nm, weniger als 400 nm oder sogar weniger als 350 nm, das heißt Laser, deren emittiertes Laserlicht im grünen Wellenlängenbereich, blauen Wellenlängenbereich, violetten Wellenlängenbereich oder sogar UV-Wellenlängenbereich liegt, einzusetzen sind. Weitere Lasereigenschaften, die die Eindringtiefe beeinflussen können, sind eine Laserleistung, eine Laserpulsdauer, eine Laserpulsenergie, etc.Laser properties that influence absorption in a material, and thus the penetration depth, include the frequency or wavelength of the laser light. For the processes described herein, it has been found that lasers with an emission wavelength of less than 700 nm, preferably less than 600 nm, less than 500 nm, less than 400 nm, or even less than 350 nm—that is, lasers whose emitted laser light lies in the green, blue, violet, or even ultraviolet wavelength range—are preferably used for ablating the second silicon oxide thin layer. Other laser properties that can influence the penetration depth include laser power, laser pulse duration, laser pulse energy, etc.

Gemäß einer Ausführungsform weist die hochselektive Ätzsubstanz Kaliumhydroxid sowie ein Ätzselektivitäts-steigerndes Additiv auf, sodass die Ätzrate für Silizium wenigstens 2fach höher, vorzugsweise wenigstens 5fach höher, wenigstens 10fach höher, wenigstens 20fach höher, wenigstens 30fach höher, wenigstens 50fach höher oder sogar wenigstens 100fach höher ist als die Ätzrate für Siliziumoxid.According to one embodiment, the highly selective etching agent comprises potassium hydroxide and an etch selectivity-enhancing additive, such that the etch rate for silicon is at least 2 times higher, preferably at least 5 times higher, at least 10 times higher, at least 20 times higher, at least 30 times higher, at least 50 times higher or even at least 100 times higher than the etch rate for silicon oxide.

Anders ausgedrückt kann die während des Ätzschrittes eingesetzte Ätzsubstanz eine auf Kaliumhydroxid (KOH) basierende Lösung sein. Eine solche KOH-Lösung ätzt bereits in reiner Form, das heißt ohne Beigabe von Zusätzen, Silizium schneller als Siliziumoxid und weist somit bereits eine gewisse Ätzselektivität auf. Durch eine Beigabe von speziellen Substanzen, die als Ätzselektivitäts-steigernde Additive wirken, kann die Ätzselektivität der KOH Lösung jedoch noch erheblich gesteigert werden.In other words, the etching agent used during the etching step can be a potassium hydroxide (KOH)-based solution. Even in its pure form, i.e., without any additives, such a KOH solution etches silicon faster than silicon dioxide and thus already exhibits a certain degree of etch selectivity. However, the etch selectivity of the KOH solution can be significantly increased by adding specific substances that act as etch selectivity-enhancing additives.

Solche Additive werden derzeit von in der PV Industrie bekannten Firmen wie beispielsweise der Rena GmbH (Deutschland) entwickelt. Hierdurch kann insbesondere erreicht werden, dass der Ätzratenquotient aus der Ätzrate für Silizium und der Ätzrate für Siliziumoxid im Vergleich zu reiner KOH stark erhöht wird, beispielsweise um einen Faktor von mehr als 2, mehr als 5 oder sogar mehr als 10.Such additives are currently being developed by companies well-known in the PV industry, such as Rena GmbH (Germany). This makes it possible, in particular, to significantly increase the etch rate ratio (the ratio of the etch rate for silicon to the etch rate for silicon oxide) compared to pure KOH, for example by a factor of more than 2, more than 5, or even more than 10.

Prinzipiell gilt hierbei, dass, je höher der genannte Ätzratenquotient der während des Ätzschrittes eingesetzten Ätzsubstanz ist, desto kleiner kann die Schichtdicke der als Ätzmaske dienenden Siliziumoxiddünnschicht sein, ohne dass ein Risiko besteht, dass die Siliziumoxiddünnschicht während des Ätzprozesses aufgelöst wird und damit ihre Maskierwirkung verliert.In principle, the higher the etch rate quotient of the etching agent used during the etching step, the smaller the layer thickness of the silicon oxide thin film serving as an etching mask can be without there being a risk that the silicon oxide thin film will dissolve during the etching process and thus lose its masking effect.

Gemäß einer Ausführungsform ist die erste polykristalline Siliziumschicht p-Typ-dotiert und die zweite polykristalline Siliziumschicht ist n-Typ-dotiert.According to one embodiment, the first polycrystalline silicon layer is p-type doped and the second polycrystalline silicon layer is n-type doped.

Es wurde beobachtet, dass p-Typ-dotiertes polykristallines Silizium im Allgemeinen schwieriger zu ätzen sein kann als n-Typ-dotiertes poly-Si. Daher wird vorzugsweise die zuerst zu bildende und eventuell zurückzuätzende erste poly-Si-Schicht vorzugsweise p-Typ-dotiert, um diese nötigenfalls lange ätzen zu können, ohne zu riskieren, dass eine weitere, bereits aufgebrachte n-Typ-dotierte poly-Si-Schicht übermäßig angegriffen würde. Erst in einem darauffolgenden Schritt wird dann die zweite poly-Si-Schicht erzeugt und für diese eine n-Typ-Dotierung eingesetzt.It has been observed that p-type doped polycrystalline silicon can generally be more difficult to etch than n-type doped poly-Si. Therefore, the first poly-Si layer, which is formed first and may need to be etched back, is preferably p-type doped to allow for prolonged etching without risking excessive attack on a previously deposited n-type doped poly-Si layer. Only in a subsequent step is the second poly-Si layer then produced and treated with n-type doping.

Möglicherweise kann die erste polykristalline Siliziumschicht zumindest bereichsweise mit einer anderen, insbesondere einer höheren, Dotierungskonzentration abgeschieden werden als die zweite polykristalline Siliziumschicht.It is possible that the first polycrystalline silicon layer can be deposited, at least in some areas, with a different, and in particular a higher, doping concentration than the second polycrystalline silicon layer.

Beispielsweise kann die erste poly-Si-Schicht erzeugt werden, indem zunächst eine dotierte, intrinsische poly-Si-Schicht und anschließend eine stark dotierte weitere poly-Si-Schicht abgeschieden werden. D.h., die erste poly-Si-Schicht kann als Doppelschicht bzw. Schichtenstapel erzeugt werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die erste poly-Si-Schicht p-Typ-dotiert ist mit Bor als Dotanden. Es wurde beobachtet, dass Bor an einer Grenzfläche zu einer Siliziumoxidschicht verhältnismäßig leicht in die Siliziumoxidschicht eindiffundieren kann und von dort aus weiter in das darunterliegende Siliziumsubstrat gelangen kann. Da dies meist nicht erwünscht ist, wird es als vorteilhaft erachtet, die p-Typ-dotierte erste poly-Si-Schicht nicht als homogen dotierte Einzelschicht sondern vorzugsweise als inhomogen dotierten Schichtenstapel auszubilden, bei dem zumindest eine außenliegende poly-Si-Teilschicht, die durch eine dazwischenliegenden intrinsische poly-Si-Teilschicht von der Siliziumoxid-haltigen Passivierungsschicht beabstandet ist, mit einer besonders hohen Dotierungskonzentration ausgebildet ist. Dabei ist diese hohe Dotierungskonzentration vorzugsweise größer als bei der zweiten poly-Si-Schicht. Eine derart stark dotierte außenliegende polykristalline Teilschicht der ersten polykristallinen Siliziumschicht kann aufgrund ihrer hohen Dotierungskonzentration schwer ätzbar sein und somit gegebenenfalls sehr effizient als Ätzbarriere wirken.For example, the first poly-Si layer can be produced by first depositing a doped, intrinsic poly-Si layer and then a highly doped additional poly-Si layer. That is, the first poly-Si layer can be produced as a double layer or layer stack. This can be particularly advantageous if the first poly-Si layer is p-type doped with boron as the dopant. It has been observed that boron can diffuse relatively easily into a silicon oxide layer at an interface and from there into the underlying silicon substrate. Since this is usually undesirable, it is considered advantageous to make the p-type doped first poly-Si layer The layer is not formed as a homogeneously doped single layer, but preferably as an inhomogeneously doped layer stack, in which at least one outer poly-Si sublayer, which is spaced apart from the silicon oxide-containing passivation layer by an intervening intrinsic poly-Si sublayer, is formed with a particularly high doping concentration. This high doping concentration is preferably higher than that of the second poly-Si layer. Such a highly doped outer polycrystalline sublayer of the first polycrystalline silicon layer can be difficult to etch due to its high doping concentration and thus may act very efficiently as an etching barrier.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Verfahrensschritt (f) ergänzend zumindest einen der folgenden Unterschritte aufweisen:

  • (f1) Durchführen eines Flusssäureätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in Flusssäure;
  • (f2) Durchführen eines Reinigungsschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine Reinigungssubstanz.
According to one embodiment, the process step (f) may additionally comprise at least one of the following substeps:
  • (f1) Performing a hydrofluoric acid etching step by immersing the silicon substrate in hydrofluoric acid;
  • (f2) Performing a cleaning step by introducing the silicon substrate into a cleaning substance.

Beim Durchführen des Flusssäureätzschrittes gemäß dem Verfahrensunterschritt (f1) benetzt Flusssäure, d.h. eine Lösung aus Fluorwasserstoff (HF) und Wasser (H2O), das Siliziumsubstrat bzw. die darauf aktuell befindlichen verschiedenen Schichten. Reine Flusssäure, d.h. ohne einen Zusatz oxidierender Medien wie beispielsweise Salpetersäure (HNO3) oder Wasserstoffperoxid (H2O2), ist stark ätzselektiv, da es Dielektrika wie beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid stark ätzend angreift, nicht jedoch reines Silizium. Dementsprechend werden bei dem Flusssäureätzschritt freiliegende Dielektrikumschichten wie insbesondere freiliegende Flächenareale der ersten und/oder zweiten Siliziumoxiddünnschicht, der ersten und/oder zweiten Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht und/oder weiterer Schichten wie beispielsweise einer Siliziumnitridschicht entfernt, daran angrenzende Bereiche des Siliziumsubstrats oder einer der polykristallinen Siliziumschichten werden jedoch nicht angegriffen.During the hydrofluoric acid etching step according to process substep (f1), hydrofluoric acid, i.e., a solution of hydrogen fluoride (HF) and water (H₂O), wets the silicon substrate or the various layers currently located on it. Pure hydrofluoric acid, i.e., without the addition of oxidizing media such as nitric acid (HNO₃) or hydrogen peroxide (H₂O₂), is highly selective in its etching action, as it strongly corrosively attacks dielectrics such as silicon oxide or silicon nitride, but not pure silicon. Accordingly, during the hydrofluoric acid etching step, exposed dielectric layers, such as exposed areas of the first and/or second silicon oxide thin film, the first and/or second silicon oxide-containing backside passivation layer, and/or other layers such as a silicon nitride layer, are removed. However, adjacent areas of the silicon substrate or one of the polycrystalline silicon layers are not attacked.

Optional kann ferner der Reinigungsschritt durchgeführt werden, bei dem das Siliziumsubstrat in eine Reinigungssubstanz wie beispielsweise eine ozonhaltige Ätzlösung, insbesondere zum Beispiel eine HClO3/HF-Lösung, eingebracht wird. Dabei werden unter anderem Verschmutzungen, Kontaminationen, etc. von der Oberfläche des Siliziumsubstrats bzw. den daran ausgebildeten Schichten entfernt.Optionally, a further cleaning step can be performed in which the silicon substrate is immersed in a cleaning agent such as an ozone-containing etching solution, in particular, for example, an HClO3/HF solution. This removes, among other things, dirt, contaminants, etc., from the surface of the silicon substrate or the layers formed on it.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das vorgeschlagene Verfahren ferner einen weiteren Schritt (g1) nach dem Schritt (f). Dieser Prozessschritt (g1) beinhaltet ein Aufbringen einer oberflächenpassivierenden Dielektrikumschicht auf die an der Rückseite erzeugten ersten und zweiten Rückseitenschichtenstapel.According to one embodiment, the proposed method further comprises a further step (g1) after step (f). This process step (g1) involves applying a surface-passivating dielectric layer to the first and second backside layer stacks produced on the backside.

Anders ausgedrückt kann nach dem Ätzschritt, aber typischerweise vor dem Aufbringen der ersten und zweiten elektrischen Kontakte in Schritt (g), an der Rückseite des Siliziumsubstrats eine zusätzliche Dielektrikumschicht aufgebracht werden. Diese Dielektrikumschicht kann sowohl freiliegende Bereiche der Oberflächen des Siliziumsubstrats als auch Bereiche der Oberfläche des Siliziumsubstrats, die mit anderen Schichten wie insbesondere den ersten und zweiten Rückseitenschichtenstapeln bedeckt sind, überdecken. Die Dielektrikumschicht kann als einzelne Schicht oder als Doppelschicht oder Schichtenstapel ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Dielektrikumschicht als Einzelschicht aus Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder ähnlichen Dielektrika ausgebildet sein. Alternativ kann die Dielektrikumschicht als Doppelschicht beispielsweise aus einer Siliziumnitridschicht und einer Aluminiumoxidschicht ausgebildet sein. Derartige Dielektrikumschichten können gut passivierend an den von ihnen überdeckten Oberflächen wirken.In other words, after the etching step, but typically before the application of the first and second electrical contacts in step (g), an additional dielectric layer can be applied to the back side of the silicon substrate. This dielectric layer can cover both exposed areas of the silicon substrate surface and areas of the silicon substrate surface that are covered with other layers, such as the first and second back-side layer stacks. The dielectric layer can be a single layer, a double layer, or a stack of layers. For example, the dielectric layer can be a single layer of silicon nitride, aluminum oxide, silicon dioxide, or similar dielectrics. Alternatively, the dielectric layer can be a double layer, for example, consisting of a silicon nitride layer and an aluminum oxide layer. Such dielectric layers can act as effective passivators on the surfaces they cover.

Gemäß einer konkretisierten Ausführungsform wird die oberflächenpassivierende Dielektrikumschicht ganzflächig abgeschieden.According to a more specific embodiment, the surface-passivating dielectric layer is deposited over the entire surface.

Mit anderen Worten kann die in Schritt (g1) aufzubringende Dielektrikumschicht entlang der gesamten Oberfläche an der Rückseite des Siliziumsubstrats und vorzugsweise auch an der Frontseite des Siliziumsubstrats abgeschieden werden. Eine solche ganzflächige Abscheidung ist technisch einfach durchführbar, beispielsweise mithilfe von chemischen oder physikalischen Gasphasenabscheidungen.In other words, the dielectric layer to be applied in step (g1) can be deposited along the entire surface of the back side of the silicon substrate and preferably also on the front side of the silicon substrate. Such full-surface deposition is technically easy to carry out, for example using chemical or physical vapor deposition.

Gemäß einer Ausführungsform werden die erste polykristalline Siliziumschicht und/oder die zweite polykristalline Siliziumschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter gleichzeitiger Einbringung von Dotierstoffen abgeschieden.According to one embodiment, the first polycrystalline silicon layer and/or the second polycrystalline silicon layer are deposited by chemical vapor deposition with the simultaneous introduction of dopants.

Anders ausgedrückt können die polykristallinen Siliziumschichten des ersten und/oder zweiten Rückseitenschichtenstapels durch chemische Gasphasenabscheidung wie zum Beispiel PECVD oder LPCVD abgeschieden werden. Dabei können in eine Gasphase, aus der heraus die polykristalline Siliziumschicht gebildet wird, gleichzeitig auch Dotierstoffe wie zum Beispiel Bor oder Phosphor bzw. chemische Verbindungen, welche diese Dotierstoffe enthalten, eingebracht werden, sodass diese Dotierstoffe beim Bilden der polykristallinen Siliziumschichten direkt mit in die Siliziumschichten eingebaut werden und dort als Dotanden wirken. Hierdurch kann vorzugsweise in einem einzigen Prozessschritt die jeweilige polykristalline Siliziumschicht direkt mit einer beabsichtigten Dotierung erzeugt werden, d.h. es brauchen nicht notwendigerweise nachfolgende Prozessschritte durchgeführt werden, um eine zunächst undotiert abgeschiedene Siliziumschicht nachträglich zu dotieren. Außerdem kann in der polykristallinen Siliziumschicht eine weitgehend homogene Dotierung erzeugt werden.In other words, the polycrystalline silicon layers of the first and/or second back-layer stack can be deposited by chemical vapor deposition such as PECVD or LPCVD. In this process, dopants such as boron or phosphorus, or chemical compounds containing these dopants, can be simultaneously introduced into the gas phase from which the polycrystalline silicon layer is formed. Dopants are incorporated directly into the silicon layers during the formation of the polycrystalline silicon layers and act as dopants there. This allows the respective polycrystalline silicon layer to be produced directly with the desired doping in a single process step, meaning that subsequent process steps are not necessarily required to dope an initially undoped silicon layer. Furthermore, a largely homogeneous doping distribution can be achieved within the polycrystalline silicon layer.

Insbesondere im Fall der Erzeugung Bor-dotierter polykristalliner Siliziumschichten kann es auch vorteilhaft sein, nicht lediglich eine einzelne, homogen dotierte Siliziumschicht abzuscheiden, sondern stattdessen eine Doppelschicht aus einer undotierten, d.h. intrinsischen, polykristallinen Siliziumschicht und einer stark mit Bor dotierten polykristallinen Siliziumschicht. Aus der letztgenannten Siliziumschicht kann dann in einem nachfolgenden Hochtemperaturschritt wie beispielsweise einem Annealschritt Bor in die darunterliegende, zuvor undotierte polykristalline Siliziumschicht diffundieren und diese somit ebenfalls dotieren. Durch die Abscheidung einer solchen Doppelschicht kann unter anderem vermieden werden, dass Bor in übermäßigem Maße in die Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht bzw. das angrenzende Siliziumsubstrat gelangt.Particularly in the case of producing boron-doped polycrystalline silicon layers, it can be advantageous not only to deposit a single, homogeneously doped silicon layer, but instead to deposit a double layer consisting of an undoped, i.e., intrinsic, polycrystalline silicon layer and a polycrystalline silicon layer heavily doped with boron. In a subsequent high-temperature step, such as an annealing step, boron can then diffuse from the latter silicon layer into the underlying, previously undoped polycrystalline silicon layer, thus doping it as well. The deposition of such a double layer can, among other things, prevent excessive amounts of boron from migrating into the silicon oxide-containing backside passivation layer or the adjacent silicon substrate.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt (b) des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung zumindest folgende Unterschritte, vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge:

  • (b1) Erzeugen des ersten Rückseitenschichtenstapels mit der ersten Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht und der ersten polykristallinen Siliziumschicht überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche der Rückseite des Siliziumsubstrats;
  • (b2) Bilden einer Siliziumoxiddünnschicht, welche die ersten Teilbereiche bedeckt und welche die zweiten Teilbereiche nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (b2a) und (b4a) sowie optional (b3a) oder alternativ durch Ausführen der Unterschritte (b2b) und (b3b) sowie, optional, (b4b):
  • (b2a) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem ersten Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts die erste Siliziumoxiddünnschicht angrenzend an die erste polykristalline Siliziumschicht bildet,
  • (b3a) optional: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht über die erste Siliziumoxiddünnschicht, und
  • (b4a) Entfernen der Siliziumoxiddünnschicht sowie, optional, der darüberliegenden Siliziumnitridschicht durch Laserablation in den zweiten Teilbereichen; oder
  • (b2b) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem ersten Rückseitenschichtenstapel versehenen Siliziumsubstrats in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und
  • (b3b) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der ersten polykristallinen Siliziumschicht durch lokales Bestrahlen der ersten Teilbereiche des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats mit Laserlicht derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den ersten Teilbereichen eine Siliziumoxiddünnschicht bildet; und
  • (b4b) optional: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht über die erste Siliziumoxiddünnschicht,
  • (b5) optional: Durchführen eines Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine Silizium ätzende Ätzsubstanz und dadurch Entfernen der ersten polykristallinen Siliziumschicht in den zweiten Teilbereichen;
  • (b6), optional: Durchführen eines Flusssäureätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in Flusssäure und/oder Durchführen eines Reinigungsschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats in eine Reinigungssubstanz.
According to one embodiment, step (b) of the method according to the second aspect of the invention comprises at least the following substeps, preferably in the order shown:
  • (b1) Creating the first backside layer stack comprising the first silicon oxide-containing backside passivation layer and the first polycrystalline silicon layer covering the first and second sub-areas of the backside of the silicon substrate;
  • (b2) Forming a silicon oxide thin film covering the first sub-regions and not covering the second sub-regions by performing a combination of steps (b2a) and (b4a) as defined below, and optionally (b3a), or alternatively by performing sub-steps (b2b) and (b3b) and, optionally, (b4b):
  • (b2a) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate provided with the first backside layer stack into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, wherein oxygen is added to the anneal atmosphere at least temporarily, so that during the annealing step the first silicon oxide thin film is formed adjacent to the first polycrystalline silicon layer,
  • (b3a) optional: Deposition of a silicon nitride layer over the first silicon oxide thin film, and
  • (b4a) Removal of the silicon oxide thin layer and, optionally, the overlying silicon nitride layer by laser ablation in the second sub-areas; or
  • (b2b) Performing an anneal step by introducing the silicon substrate provided with the first backside layer stack into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and
  • (b3b) Performing a local oxidation step on the first polycrystalline silicon layer by locally irradiating the first sub-areas of the silicon substrate, which is embedded in an oxygen-containing atmosphere, with laser light such that a silicon oxide thin film is formed in the first sub-areas by the oxidation step; and
  • (b4b) optional: Deposition of a silicon nitride layer over the first silicon oxide thin film,
  • (b5) optional: Performing an etching step by immersing the silicon substrate in a silicon-etching etching substance and thereby removing the first polycrystalline silicon layer in the second sub-areas;
  • (b6), optional: Performing a hydrofluoric acid etching step by immersing the silicon substrate in hydrofluoric acid and/or performing a cleaning step by immersing the silicon substrate in a cleaning substance.

Der in Prozessschritt (b) zu erzeugende erste Rückseitenschichtenstapel kann somit mit ähnlichen Techniken unter Einsatz gleicher oder ähnlicher Prozessschritte erzeugt werden, wie dies hierin vorstehend und nachfolgend für den zweiten Rückseitenschichtenstapel erläutert ist. Die Prozessschritte (b1) bis (b6) entsprechen dabei im Wesentlichen den zuvor beschriebenen Prozessschritten (c), (d), (e), (f), (f1) und (f2). Mögliche Details zu Implementierungen der Prozessschritte (b1) bis (b6) werden weiter unten bei der Erläuterung einer konkreten Ausführungsform des Fertigungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende 2 erläutert.The first back-layer stack to be produced in process step (b) can thus be produced using similar techniques and the same or similar process steps as described above and below for the second back-layer stack. Process steps (b1) to (b6) essentially correspond to the previously described process steps (c), (d), (e), (f), (f1), and (f2). Possible details regarding implementations of process steps (b1) to (b6) are further explained below in the description of a specific embodiment of the manufacturing process according to the second aspect of the invention, with reference to the accompanying [document/reference]. 2 explained.

Gemäß einer Ausführungsform werden in Schritt (g) die elektrischen Kontakte durch Aufdrucken und Einbrennen von Metall-haltigen Pasten aufgebracht.According to one embodiment, in step (g) the electrical contacts are applied by printing and baking on metal-containing pastes.

Mit anderen Worten können die elektrischen ersten und/oder zweiten Kontakte lokal auf die jeweils zu kontaktierenden, zuvor ausgebildeten Kontaktstrukturen mit den ersten bzw. zweiten Schichtenstapeln mithilfe von Drucktechniken aufgebracht werden, bei denen Metall-haltige Pasten lokal auf die jeweiligen ersten und zweiten Teilbereiche aufgedruckt werden. Als Metall-haltige Pasten können beispielsweise Siebdruckpasten eingesetzt werden, die Metallpartikel beispielsweise in Form von Silberpartikeln, Aluminiumpartikeln o.ä. enthalten. Die Pasten können mit Drucktechniken wie beispielsweise Siebdruck, Rollendruck, Maskendruck oder ähnlichem aufgebracht werden. Solche Techniken zum Aufbringen von elektrischen Kontakten sind bei der industriellen Fertigung von Solarzellen seit langem etabliert und ermöglichen ein zuverlässiges und relativ kostengünstiges Ausbilden elektrischer Kontakte.In other words, the electrical first and/or second contacts can be locally applied to the previously formed contact structures with the first or second layer stacks using printing techniques in which metal-containing pastes are printed locally onto the respective first and second sub-areas. For example, screen printing pastes containing metal particles such as silver or aluminum particles can be used as metal-containing pastes. The pastes can be applied using printing techniques such as screen printing, roll printing, mask printing, or similar methods. Such techniques for applying electrical contacts have long been established in the industrial manufacturing of solar cells and enable the reliable and relatively cost-effective formation of electrical contacts.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Vorteile und Ausgestaltungen von Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen insbesondere für eine Solarzelle und teilweise mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Fertigen einer gesamten Solarzelle beschrieben sind. Fachleute erkennen, dass die beschriebenen Merkmale in geeigneter Weise übertragen, angepasst, ausgetauscht oder modifiziert werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It is noted that possible advantages and embodiments of the invention are described herein partly with reference to a method according to the invention for manufacturing contact structures, particularly for a solar cell, and partly with reference to a method according to the invention for manufacturing an entire solar cell. Those skilled in the art will recognize that the described features can be appropriately transferred, adapted, exchanged, or modified to arrive at further embodiments of the invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

  • 1 (a) - (e) veranschaulichen eine Sequenz von Prozessschritten eines Verfahrens zum Fertigen einer Kontaktstruktur gemäß einer ersten Ausgestaltung einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung.
  • 2 (a) - (e) veranschaulichen eine Sequenz von Prozessschritten eines Verfahrens zum Fertigen einer Kontaktstruktur gemäß einer zweiten Ausgestaltung einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung.
  • 3 (a) - (g) veranschaulichen eine Sequenz von Prozessschritten eines Verfahrens zum Fertigen einer Solarzelle gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung.
  • 4 (a) - (e) veranschaulichen eine Sequenz von Prozessschritten eines Verfahrens zum Fertigen einer Solarzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, whereby neither the drawings nor the description are to be interpreted as limiting the invention.
  • 1 (a) - (e) illustrate a sequence of process steps of a method for manufacturing a contact structure according to a first embodiment of the first aspect of the invention.
  • 2 (a) - (e) illustrate a sequence of process steps of a method for manufacturing a contact structure according to a second embodiment of the first aspect of the invention.
  • 3 (a) - (g) illustrate a sequence of process steps of a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the second aspect of the invention.
  • 4 (a) - (e) illustrate a sequence of process steps of a method for manufacturing a solar cell according to a further embodiment of the second aspect of the invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Abmessungen nicht realitätsnah wiedergegeben sind, sondern lediglich Grundprinzipien veranschaulicht werden sollen.The figures are schematic only and not to scale. In particular, it should be noted that the dimensions shown in the figures are not realistic representations, but are intended to illustrate basic principles.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The same reference symbols denote identical or equivalent features in the different figures.

BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EXECUTION FORMS

1 veranschaulicht eine beispielhafte erste Ausgestaltung einer Ausführungsform eines Verfahrens, mithilfe dessen eine Kontaktstruktur gefertigt werden kann, die beispielsweise zum Bilden elektrischer Kontakte für Solarzellen eingesetzt werden kann. In der Figur entsprechen die Teilfiguren (a) bis (e) den Prozessschritten, wie sie beim Definieren des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung genannt sind und im Hauptanspruch angeführt sind. 1 Figure 1 illustrates an exemplary first embodiment of a method by which a contact structure can be manufactured, for example, for forming electrical contacts for solar cells. In the figure, sub-figures (a) to (e) correspond to the process steps as defined in the first aspect of the invention and as specified in the main claim.

In Prozessschritt (a) wird ein Siliziumsubstrat 3 in Form eines monokristallinen Siliziumwafers bereitgestellt. Das Siliziumsubstrat 3 weist an seiner Rückseite 9 jeweils aneinander seitlich angrenzende erste Teilbereiche 7 und zweite Teilbereiche 17 auf.In process step (a), a silicon substrate 3 is provided in the form of a monocrystalline silicon wafer. The silicon substrate 3 has nine laterally adjacent first sub-regions 7 and second sub-regions 17 on its back side.

In Prozessschritt (b) wird an der Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 ein Rückseitenschichtenstapel 19 gebildet. Der Rückseitenschichtenstapel 19 überdeckt die ersten und zweiten Teilbereiche 7, 17 und besteht aus einer nur wenige Nanometer dicken Siliziumdioxidschicht, welche als Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht 21 wirkt, sowie einer darüber abgeschiedenen dotierten polykristallinen Siliziumschicht 23 mit einer Dicke von zwischen 100 nm und 150 nm.In process step (b), a backside layer stack 19 is formed on the back side 9 of the silicon substrate 3. The backside layer stack 19 covers the first and second sub-regions 7, 17 and consists of a silicon dioxide layer only a few nanometers thick, which acts as a silicon oxide-containing backside passivation layer 21, and a doped polycrystalline silicon layer 23 deposited on top of it with a thickness of between 100 nm and 150 nm.

In Prozessschritt (c1) wird das Siliziumsubstrat 3 mit dem darauf aufgebrachten Rückseitenschichtenstapel 19 einem Annealschritt unterzogen, indem es in eine Annealatmosphäre, die bei einer hohen Temperatur von etwa 850 °C gehalten wird, für eine Prozessdauer von etwa 30 min eingebracht wird. Die Annealatmosphäre kann zu Beginn des Annealschritts aus einem inerten Gas wie insbesondere Stickstoff bestehen. Gegen Ende des Annealschritts kann der Annealatmosphäre dann gezielt Sauerstoff hinzugefügt werden. Aufgrund dieses Sauerstoffs kommt es an der Oberfläche der polykristallinen Siliziumschicht 23 zu einem Aufoxidieren des dort vorhandenen Siliziums zu Siliziumdioxid, sodass sukzessive eine Siliziumoxiddünnschicht 25 thermisch aufgewachsen wird, welche die polykristalline Siliziumschicht 23 an deren Außenseite ganzflächig bedeckt.In process step (c1), the silicon substrate 3 with the back-layer stack 19 applied to it undergoes an annealing step by being placed in an annealing atmosphere maintained at a high temperature of approximately 850 °C for a process duration of approximately 30 minutes. At the beginning of the annealing step, the atmosphere can consist of an inert gas, such as nitrogen. Towards the end of the annealing step, oxygen can then be selectively added to the atmosphere. This oxygen causes the silicon present on the surface of the polycrystalline silicon layer 23 to oxidize to silicon dioxide, thus successively forming a silicon oxide thin film 25. thermally grown, which completely covers the polycrystalline silicon layer 23 on its outer surface.

In Prozessschritt (d1) werden dann durch Laserablation Teile der zuvor gebildeten Siliziumoxiddünnschicht 25 in den ersten Teilbereichen 7 sowie optional auch in Randbereichen 27 der zweiten Teilbereiche 17 entfernt. Dementsprechend verbleiben lediglich in innen liegenden Zentralbereichen 26 der zweiten Teilbereiche 17 Teile der Siliziumoxiddünnschicht 25.In process step (d1), parts of the previously formed silicon oxide thin layer 25 in the first sub-regions 7 and optionally also in edge regions 27 of the second sub-regions 17 are removed by laser ablation. Accordingly, only in the inner central regions 26 of the second sub-regions 17 do parts of the silicon oxide thin layer 25 remain.

Alternativ zu der Prozessschrittfolge mit einer Kombination der Schritte (c1) und (d1), wie sie in 1 dargestellt ist, kann gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens, wie sie in 2 dargestellt ist, in Schritt (c2) zunächst ein Annealschritt ohne gezielte Zugabe von Sauerstoff und/oder optional mit anschließendem Entfernen einer eventuell dabei gebildeten Oxidschicht z.B. durch Flusssäureätzung durchgeführt werden. Anschließend kann in einem Schritt (d2) ein lokal wirkender Oxidationsschritt durchgeführt werden, bei dem Zentralbereiche 26 sowie optional auch Randbereiche 27 der zweiten Teilbereiche 17 mit Laserlicht 28 geeigneter Wellenlängen und Intensität bestrahlt werden, sodass dort oberflächennahe Bereiche der poly-Si-Schicht 23 aufoxidiert werden.Alternatively to the process sequence with a combination of steps (c1) and (d1) as described in 1 as described, according to a second embodiment of the procedure, as described in 2 As shown, in step (c2) an annealing step is first carried out without the targeted addition of oxygen and/or optionally with subsequent removal of any oxide layer that may have formed, e.g., by hydrofluoric acid etching. Subsequently, in step (d2), a locally acting oxidation step can be carried out in which central regions 26 and optionally also peripheral regions 27 of the second subregions 17 are irradiated with laser light 28 of suitable wavelengths and intensity, so that near-surface regions of the poly-Si layer 23 are oxidized.

Abschließend wird in Prozessschritt (e) ein Ätzschritt durchgeführt, bei dem das Siliziumsubstrat 3 mitsamt dem Rückseitenschichtenstapel 19 und den verbleibenden Teilen der Siliziumoxiddünnschicht 25 in eine hochselektive Ätzsubstanz beispielsweise in Form einer mit Additiven versetzten Kaliumhydroxid-Lösung eingebracht wird. Die Ätzsubstanz wird dabei so gewählt, dass sie eine hohe Ätzrate für Silizium und eine vielfach niedrigere Ätzrate für Siliziumoxid aufweist. Ferner werden weitere Prozessparameter wie beispielsweise eine Ätzdauer, eine Konzentration der Ätzsubstanz, eine Prozesstemperatur, etc., die eine Ätzwirkung der Ätzsubstanz beeinflussen, derart gewählt, dass während des Ätzschrittes einerseits die polykristalline Siliziumschicht 23 in den nicht von der Siliziumoxiddünnschicht 25 bedeckten ersten Teilbereichen 7 und den Randbereichen 27 der zweiten Teilbereiche 17 vollständig zurückgeätzt wird, andererseits aufgrund der geringen Ätzrate für Siliziumdioxid die Siliziumoxiddünnschicht 25 über den zweiten Teilbereichen 17 allenfalls unwesentlich angegriffen wird und somit insbesondere die darunterliegenden Teile der polykristallinen Siliziumschicht 23 nicht angegriffen werden.Finally, in process step (e), an etching step is carried out in which the silicon substrate 3, together with the back-layer stack 19 and the remaining parts of the silicon oxide thin film 25, is immersed in a highly selective etching agent, for example, in the form of a potassium hydroxide solution containing additives. The etching agent is selected to have a high etching rate for silicon and a significantly lower etching rate for silicon oxide. Furthermore, other process parameters such as etching duration, concentration of the etching agent, process temperature, etc., which influence the etching effect of the etching agent, are selected such that, on the one hand, during the etching step, the polycrystalline silicon layer 23 in the first sub-areas 7 and the edge areas 27 of the second sub-areas 17, which are not covered by the silicon oxide thin layer 25, is completely etched back, and on the other hand, due to the low etch rate for silicon dioxide, the silicon oxide thin layer 25 over the second sub-areas 17 is only minimally attacked, and thus, in particular, the underlying parts of the polycrystalline silicon layer 23 are not attacked.

Eventuell können vor, im Verlaufe und/oder nach der beschriebenen Prozesssequenz noch weitere Prozessschritte durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Siliziumsubstrat 3 vorab geätzt werden, um z.B. einen Sägeschaden zu entfernen, eine Oberflächentexturierung zu erzeugen und/oder eine Rückseite zu glätten oder zu polieren. Während der Sequenz können weitere Schichten wie beispielsweise eine oder mehrere Dielektrikumschichten als Passivierungsschichten, Maskierungsschichten oder Ähnliches abgeschieden werden und/oder beispielsweise durch Ätzen oder Laserablation teilweise oder vollständig entfernt werden. Im Anschluss an den zuletzt beschriebenen Prozessschritt (e) können weitere Prozessschritte folgen, um beispielsweise mithilfe einer Ätzlösung auf Basis von Flusssäure nach außen hin freiliegende Bereiche der Siliziumoxiddünnschicht 25 sowie der Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht 21 zu entfernen. Außerdem können auf die erzeugten Kontaktstrukturen 2 elektrische Kontakte aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdrucken von metallhaltigen Pasten.Further process steps may be performed before, during, and/or after the described process sequence. For example, the silicon substrate 3 can be pre-etched to remove saw damage, create surface texturing, and/or smooth or polish the back surface. During the sequence, additional layers, such as one or more dielectric layers, can be deposited as passivation layers, masking layers, or similar, and/or partially or completely removed, for example, by etching or laser ablation. Following the last described process step (e), further process steps can be performed, for example, to remove externally exposed areas of the silicon oxide thin film 25 and the silicon oxide-containing back surface passivation layer 21 using a hydrofluoric acid-based etching solution. Furthermore, electrical contacts can be applied to the generated contact structures 2, for example, by printing on metal-containing pastes.

Als Ergebnis dieser Prozessfolge können an dem Siliziumsubstrat 3 kleinflächige Kontaktstrukturen 2 erzeugt werden, bei denen die Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 lediglich in den zweiten Teilbereichen 17 mit den Rückseitenschichtenstapeln 19 bedeckt ist, in den angrenzenden ersten Teilbereichen 7 jedoch keine Rückseitenschichtenstapel 19 vorhanden sind.As a result of this process sequence, small-area contact structures 2 can be produced on the silicon substrate 3, in which the back side 9 of the silicon substrate 3 is only covered with the back side layer stacks 19 in the second sub-areas 17, but no back side layer stacks 19 are present in the adjacent first sub-areas 7.

3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens, mithilfe dessen eine Solarzelle 1 gefertigt werden kann. In der Figur entsprechen die Teilfiguren (a), (b), (c), (d1), (e1), (f) und (g) den Prozessschritten, wie sie beim Definieren des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung genannt sind und im nebengeordneten Anspruch angeführt sind. Die zusätzlich nummerierten Teilfiguren (b1), (b2a), (b3a), (b4a), (b5), (b6), (f1), (f2) und (g1) betreffen Unterschritte, wie sie in den abhängigen Ansprüchen definiert sind. 3 Figure 1 illustrates an exemplary embodiment of a method by which a solar cell 1 can be manufactured. In the figure, sub-figures (a), (b), (c), (d1), (e1), (f), and (g) correspond to the process steps as defined in the second aspect of the invention and specified in the dependent claim. The additionally numbered sub-figures (b1), (b2a), (b3a), (b4a), (b5), (b6), (f1), (f2), and (g1) relate to sub-steps as defined in the dependent claims.

In Prozessschritt (a) wird ein Siliziumsubstrat 3 in Form eines Siliziumwafers mit einer n-Typ-Basisdotierung bereitgestellt, der vorab an seiner Frontseite texturiert und an seiner Rückseite 9 poliert wurde. Die Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 ist dabei in erste Teilbereiche 7 und zweite Teilbereiche 17 unterteilt.In process step (a), a silicon substrate 3 in the form of a silicon wafer with an n-type base doping is provided, which has been previously textured on its front side and polished on its back side 9. The back side 9 of the silicon substrate 3 is subdivided into first sub-areas 7 and second sub-areas 17.

Ein anschließender Prozessschritt (b) umfasst mehrere Unterschritte (b1) bis (b6).A subsequent process step (b) comprises several sub-steps (b1) to (b6).

In Unterschritt (b1) wird zunächst ein erster Rückseitenschichtenstapel 5 mit einer ersten Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht 11 und einer darüber liegenden ersten p-Typ-dotierten polykristallinen Siliziumschicht 13 erzeugt. Der erste Rückseitenschichtenstapel 5 überdeckt anfänglich sowohl die ersten als auch die zweiten Teilbereiche 7, 17 an der Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 und kann ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie sie für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel erläutert wurden.In step (b1), a first backside layer stack 5 is produced, comprising a first silicon oxide-containing backside passivation layer 11 and an overlying first p-type doped polycrystalline silicon layer 13. The first backside layer stack 5 initially covers both the first and second sub-regions 7, 17 on the backside 9 of the silicon. substrate 3 and can exhibit similar properties to those found in 1 The illustrated embodiment was explained.

Anschließend wird in Unterschritt (b2a) ein Annealschritt durchgeführt, bei dem das Siliziumsubstrat 3 mitsamt dem ersten Rückseitenschichtenstapel 5 in eine auf etwa 850 °C erhitzte Annealatmosphäre eingebracht wird. Der Annealatmosphäre wird dabei zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt. Dementsprechend bildet sich an der außenliegenden Oberfläche der ersten polykristallinen Siliziumschicht 13 eine erste Siliziumoxiddünnschicht 15. Prozessparameter werden dabei während des Annealschritts derart eingestellt, dass die erste Siliziumoxiddünnschicht 15 mit einer Dicke von etwa 20 nm ±10 nm aufwächst.Subsequently, in substep (b2a), an annealing step is performed in which the silicon substrate 3, together with the first back-layer stack 5, is introduced into an annealing atmosphere heated to approximately 850 °C. Oxygen is added to the annealing atmosphere, at least temporarily. Accordingly, a first silicon oxide thin film 15 forms on the outer surface of the first polycrystalline silicon layer 13. Process parameters are adjusted during the annealing step such that the first silicon oxide thin film 15 grows to a thickness of approximately 20 nm ± 10 nm.

Über diese erste Siliziumoxiddünnschicht 15 wird anschließend in einem Unterschritt (b3a) eine ca. 30 nm ±10 nm dicke Siliziumnitridschicht 35 abgeschieden.Over this first silicon oxide thin layer 15, a silicon nitride layer 35 approximately 30 nm ±10 nm thick is subsequently deposited in a sub-step (b3a).

In Unterschritt (b4a) werden dann die Siliziumnitridschicht 35 und die Siliziumoxiddünnschicht 27 in den zweiten Teilbereichen 17 lokal durch Laserablation entfernt. In substep (b4a) the silicon nitride layer 35 and the silicon oxide thin layer 27 are then locally removed in the second sub-areas 17 by laser ablation.

Alternativ zu den Unterschritten (b2a), (b3a) und (b4a) kann gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens eine lokal strukturierte Siliziumoxiddünnschicht 15 mittels Laseroxidation erzeugt werden. Dabei durchzuführende Unterschritte (b2b) und (b3b) entsprechen hierzu den Prozessschritten (c2) und (d2), wie sie vorangehend mit Bezug auf 2 erläutert wurden. In einem optionalen Unterschritt (b4b) kann ergänzend eine Siliziumnitridschicht 35 über der ersten Siliziumoxiddünnschicht 15 erzeugt werden.As an alternative to substeps (b2a), (b3a) and (b4a), a locally structured silicon oxide thin film 15 can be produced by laser oxidation according to a second embodiment of the process. Substeps (b2b) and (b3b) to be carried out in this process correspond to process steps (c2) and (d2) as described above with reference to 2 explained. In an optional substep (b4b), a silicon nitride layer 35 can additionally be produced over the first silicon oxide thin film 15.

Anschließend wird zunächst in Unterschritt (b5) die erste polykristalline Siliziumschicht 13 in den zweiten Teilbereichen 17 entfernt, indem das Siliziumsubstrat 3 in eine Ätzsubstanz wie beispielsweise eine Kaliumhydroxid-Lösung eingebracht wird, die selektiv Silizium ätzt, die jedoch Dielektrika wie Siliziumoxid oder Siliziumnitrid nicht oder zumindest deutlich schwächer ätzt. Dementsprechend verbleiben in den ersten Teilbereichen 7 die ersten Rückseitenschichtenstapel 5 mitsamt der darauf aufgewachsenen Siliziumoxiddünnschicht 15 und der darüberliegenden Siliziumnitridschicht 35. In den zweiten Teilbereichen 17 hingegen wird die erste polykristalline Siliziumschicht 13 möglichst vollständig entfernt. Da die darunterliegende Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht 11 lediglich sehr dünn ist, können Prozessparameter derart eingestellt werden, dass trotz der geringen Ätzleistung der Ätzsubstanz für Siliziumoxid diese Schicht 11 lokal in den zweiten Teilbereichen 17 weggeätzt wird und gegebenenfalls sogar eine oberflächliche Teilschicht des darunterliegenden Siliziumsubstrats 3 abgeätzt wird.Subsequently, in step (b5), the first polycrystalline silicon layer 13 is removed in the second sub-areas 17 by immersing the silicon substrate 3 in an etching agent, such as a potassium hydroxide solution, which selectively etches silicon but does not etch dielectrics such as silicon oxide or silicon nitride, or at least does so to a significantly lesser extent. Accordingly, the first back-side layer stacks 5, along with the silicon oxide thin film 15 grown on them and the overlying silicon nitride layer 35, remain in the first sub-areas 7. In the second sub-areas 17, however, the first polycrystalline silicon layer 13 is removed as completely as possible. Since the underlying silicon oxide-containing back-side passivation layer 11 is only very thin, process parameters can be adjusted such that, despite the low etching power of the etching agent for silicon oxide, this layer 11 is locally etched away in the second sub-areas 17, and, if necessary, even a surface sub-layer of the underlying silicon substrate 3 is etched away.

Nachfolgend wird dann in Unterschritt (b6) ein Reinigungsschritt durchgeführt, bei dem das Siliziumsubstrat 3 in eine Reinigungssubstanz eingebracht wird, um beispielsweise Rückstände, Kontaminationen oder Ähnliches zu entfernen. Die Reinigungssubstanz kann beispielsweise eine Ätzlösung sein, die verschiedene Säuren wie beispielsweise Salzsäure (HCl), Flusssäure (HF) oder ähnliche aufweist und die gegebenenfalls durch ein Zusetzen von oxidierenden Medien wie z.B. Ozon verbesserte Ätz- bzw. Reinigungseigenschaften erhält.Subsequently, in substep (b6), a cleaning step is carried out in which the silicon substrate 3 is introduced into a cleaning substance to remove, for example, residues, contaminants, or similar substances. The cleaning substance can be, for example, an etching solution containing various acids such as hydrochloric acid (HCl), hydrofluoric acid (HF), or similar acids, and which may be enhanced by the addition of oxidizing media such as ozone to achieve improved etching or cleaning properties.

Nachdem mithilfe der Unterschritte (b1) - (b6) ein strukturierter erster Rückseitenschichtenstapel 5 erzeugt wurde, der die Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 in den ersten Teilbereichen 7 bedeckt, angrenzende zweite Teilbereiche 17 jedoch unbedeckt belässt, wird in Prozessschritt (c) ein zweiter Rückseitenschichtenstapel 19 erzeugt. Dieser wird ganzflächig an der Rückseite 9 abgeschieden und überdeckt somit sowohl die ersten als auch die zweiten Teilbereiche 7, 17. Der zweite Rückseitenschichtenstapel 19 umfasst hierbei eine zweite Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht 21 sowie eine n-Typ-dotierte zweite polykristalline Siliziumschicht 23, welche hinsichtlich ihrer Schichtdicke und gegebenenfalls weiterer Parameter gleich oder ähnlich ausgebildet sein können, wie die korrespondierenden ersten Schichten 11, 13 des oben beschriebenen ersten Rückseitenschichtenstapels 5. Die zweite poly-Si-Schicht 23 ist jedoch im Vergleich zu der ersten poly-Si-Schicht 13 mit einem entgegengesetzten Dotierungstyp dotiert.After a structured first backside layer stack 5 has been produced using substeps (b1) - (b6), which covers the backside 9 of the silicon substrate 3 in the first sub-regions 7 but leaves adjacent second sub-regions 17 uncovered, a second backside layer stack 19 is produced in process step (c). This is deposited over the entire backside 9 and thus covers both the first and second sub-regions 7, 17. The second backside layer stack 19 comprises a second silicon oxide-containing backside passivation layer 21 and an n-type doped second polycrystalline silicon layer 23, which can be identical or similar in thickness and, if applicable, other parameters to the corresponding first layers 11, 13 of the first backside layer stack 5 described above. However, the second poly-Si layer 23 is doped with the opposite doping type compared to the first poly-Si layer 13.

Anschließend wird in Prozessschritt (d1) wieder ein Annealschritt durchgeführt, bei dem das Siliziumsubstrat in eine Annealatmosphäre bei ca. 850 °C eingebracht wird und zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, um auf diese Weise eine zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 angrenzend an die zweite poly-Si-Schicht 23 zu bilden. Die zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 wird ähnlich wie die oben beschriebene erste Siliziumoxiddünnschicht 15 durch geeignetes Einstellen von Prozessparametern während des Annealschritts mit einer Dicke von etwa 20 nm ± 10 nm aufgewachsen. Die zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 bedeckt dabei sowohl die zweite poly-Si-Schicht 23 in den ersten Teilbereichen 7 als auch in den zweiten Teilbereichen 17.Subsequently, in process step (d1), another annealing step is performed, in which the silicon substrate is introduced into an anneal atmosphere at approximately 850 °C and oxygen is added, at least temporarily, to form a second silicon oxide thin film 25 adjacent to the second poly-Si layer 23. The second silicon oxide thin film 25 is grown to a thickness of approximately 20 nm ± 10 nm by appropriately adjusting process parameters during the annealing step, similar to the first silicon oxide thin film 15 described above. The second silicon oxide thin film 25 covers the second poly-Si layer 23 in both the first sub-regions 7 and the second sub-regions 17.

Nachfolgend wird in Prozessschritt (e1) eine weitere Laserablation durchgeführt, bei der die zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 in den ersten Teilbereichen 7 sowie eventuell in seitlich daran angrenzenden Randbereichen 27 der zweiten Teilbereiche 17 entfernt wird, jedoch in den zweiten Teilbereichen 17 innerhalb der Randbereiche 27 verbleibt. In process step (e1), a further laser ablation is subsequently carried out, in which the second silicon oxide thin layer 25 is ablated in the first sub-areas 7 and possibly in laterally adjacent edge areas 27 of the second sub-area. rich 17 is removed, but remains within the second sub-areas 17 within the marginal areas 27.

Alternativ zu den Schritten (d1) und (e1) könnte die zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 analog wie bei der in 2 gezeigten und weiter oben beschriebenen Ausgestaltung auch mittels Laseroxidation mit Schritten (d2) und (e2), die den Schritten (c2) und (d2) in 2 entsprechen, erzeugt werden.As an alternative to steps (d1) and (e1), the second silicon oxide thin film 25 could be applied analogously to the process described in 2 The embodiment shown and described above can also be achieved by means of laser oxidation with steps (d2) and (e2), which correspond to steps (c2) and (d2) in 2 correspond to be generated.

Bei dem anschließend als Prozessschritt (f) durchgeführten Ätzschritt wird das Siliziumsubstrat 3 dann in eine hochselektive Ätzsubstanz eingebracht, deren Ätzrate für Silizium hoch ist, deren Ätzrate für Siliziumoxid jedoch besonders niedrig ist. Beispielsweise kann hierzu eine Kaliumhydroxid-Lösung eingesetzt werden, welcher spezielle Additive zugesetzt sind, welche die Ätzselektivität der Lösung erheblich steigern können, sodass Silizium beispielsweise wenigstens 50fach oder sogar wenigstens 100fach schneller geätzt wird als Siliziumoxid. Dementsprechend werden bei diesen Ätzschritt die zuvor von der zweiten Siliziumoxiddünnschicht 25 befreiten Bereiche der zweiten polykristallinen Siliziumschicht 23 in den ersten Teilbereichen 7 sowie den Randbereichen 27 der zweiten Teilbereiche 17 zurückgeätzt. In den weiterhin von der zweiten Siliziumoxiddünnschicht 25 bedeckten Bereichen der zweiten Teilbereiche 17 wirkt die zweite Siliziumoxiddünnschicht 25 jedoch als Maskierungsschicht gegen eine Ätzwirkung der hochselektiven Ätzsubstanz, sodass dort die zweite polykristalline Siliziumschicht 23 weitgehend unangegriffen verbleibt.In the subsequent etching step (f), the silicon substrate 3 is immersed in a highly selective etching solution. This solution has a high etching rate for silicon but a particularly low etching rate for silicon oxide. For example, a potassium hydroxide solution can be used, to which special additives have been added that can significantly increase the etching selectivity of the solution, so that silicon is etched at least 50 times or even at least 100 times faster than silicon oxide. Accordingly, in this etching step, the areas of the second polycrystalline silicon layer 23 previously freed from the second silicon oxide thin layer 25 are etched back in the first sub-regions 7 and the edge regions 27 of the second sub-regions 17. In the areas of the second sub-regions 17 that remain covered by the second silicon oxide thin layer 25, the second silicon oxide thin layer 25 acts as a masking layer against the etching effect of the highly selective etching solution, so that the second polycrystalline silicon layer 23 remains largely unaffected there.

In einem ergänzenden Unterschritt (f1) kann nachfolgend zunächst ein Flusssäureätzschritt durchgeführt werden, bei dem das Siliziumsubstrat 3 in Flusssäure eingebracht wird. Dabei ätzt die Flusssäure die nach außen hin freiliegenden Bereiche der Siliziumoxid-haltigen zweiten Rückseiten-Passivierungsschicht 21, der Siliziumnitridschicht 35 sowie der ersten Siliziumoxiddünnschicht 15 in den ersten Teilbereichen 7 zurück.In a supplementary substep (f1), a hydrofluoric acid etching step can subsequently be carried out, in which the silicon substrate 3 is immersed in hydrofluoric acid. The hydrofluoric acid then etches back the exposed areas of the silicon oxide-containing second backside passivation layer 21, the silicon nitride layer 35, and the first silicon oxide thin film 15 in the first sub-areas 7.

Im Anschluss hieran kann gegebenenfalls ein weiterer Unterschritt (f2) durchgeführt werden, bei dem das Siliziumsubstrat 3 durch Einbringen in eine Reinigungssubstanz gereinigt wird. Die Reinigungssubstanz kann dabei ähnlich derjenigen sein, wie sie bereits weiter oben für den Unterschritt (b6) beschrieben wurde.Following this, a further substep (f2) can optionally be carried out in which the silicon substrate 3 is purified by immersion in a cleaning substance. The cleaning substance can be similar to the one already described above for substep (b6).

Anschließend wird in einem Unterschritt (g1) eine oberflächenpassivierende Dielektrikumschicht 33 auf die an der Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 erzeugten ersten und zweiten Rückseitenschichtenstapel 5, 19 sowie dazwischenliegende Bereiche aufgebracht. Vorzugsweise wird die Dielektrikumschicht 33 ganzflächig auf beiden Seiten des Siliziumsubstrats 3 aufgebracht. Im dargestellten Beispiel besteht die Dielektrikumschicht 33 aus einer Doppelschicht, welche aus einer Aluminiumoxidschicht 32 und einer darüber abgeschiedenen Siliziumnitridschicht 34 zusammengesetzt ist und welche eine sehr gute Oberflächenpassivierung der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats 3 einschließlich der verschiedenen darauf aufgebrachten Rückseitenschichtenstapel 5, 19 bewirkt. Im dargestellten Beispiel ist die Dielektrikumschicht 33 auch auf der Frontseite des Siliziumsubstrats 3 abgeschieden.Subsequently, in a substep (g1), a surface-passivating dielectric layer 33 is applied to the first and second backside layer stacks 5, 19 produced on the back side 9 of the silicon substrate 3, as well as to the areas between them. Preferably, the dielectric layer 33 is applied over the entire surface of both sides of the silicon substrate 3. In the illustrated example, the dielectric layer 33 consists of a double layer composed of an aluminum oxide layer 32 and a silicon nitride layer 34 deposited on top of it, which provides very good surface passivation of the entire surface of the silicon substrate 3, including the various backside layer stacks 5, 19 deposited thereon. In the illustrated example, the dielectric layer 33 is also deposited on the front side of the silicon substrate 3.

Abschließend werden in einem Prozessschritt (g) elektrische erste Kontakte 29 auf die erste polykristalline Siliziumschicht 13 des ersten Rückseiten-Schichtenstapels 5 in den ersten Teilbereichen 7 sowie elektrische zweite Kontakte 31 auf die zweite polykristalline Siliziumschicht 23 des zweiten Rückseiten-Schichtenstapels 19 in den zweiten Teilbereichen 17 aufgebracht. Hierzu kann beispielsweise eine Metallpartikel-haltige Paste mithilfe von Siebdrucktechnologien lokal aufgedruckt werden, getrocknet werden und dann durch die Dielektrikumschicht 33 hindurch gefeuert werden.Finally, in a process step (g), electrical first contacts 29 are applied to the first polycrystalline silicon layer 13 of the first back-side layer stack 5 in the first sub-areas 7, and electrical second contacts 31 are applied to the second polycrystalline silicon layer 23 of the second back-side layer stack 19 in the second sub-areas 17. For this purpose, for example, a metal particle-containing paste can be locally printed using screen printing technologies, dried, and then fired through the dielectric layer 33.

Insgesamt kann mit der vorangehend beschriebenen Prozesssequenz eine Solarzelle 1 gefertigt werden, bei der beide Kontakttypen an der Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 verschachtelt angeordnet sind, wobei p-Typ-Kontakte an TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen 2' in den ersten Teilbereichen 7 und n-Typ-Kontakte an ebenfalls TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen 2" in den zweiten Teilbereichen 17 ausgebildet sind. Dabei wird das mit Bezug auf 1 beschriebene allgemeine Verfahren zum Fertigen von Kontaktstrukturen 2 eingesetzt, um insbesondere die Kontaktstrukturen 2" an der IBC-artigen Solarzelle 1 zu bilden Overall, a solar cell 1 can be manufactured using the process sequence described above, in which both contact types are nested on the back side 9 of the silicon substrate 3, with p-type contacts being formed on TOPCon-like or POLO-like contact structures 2' in the first sub-regions 7 and n-type contacts being formed on similarly TOPCon-like or POLO-like contact structures 2" in the second sub-regions 17. This is described with reference to 1 The described general methods for manufacturing contact structures 2 were used, in particular to form the contact structures 2" on the IBC-like solar cell 1.

Es ist darauf hinzuweisen, dass das mit Bezug auf 3 beschriebene Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung lediglich eine von mehreren Möglichkeiten ist, dass Verfahren zum Fertigen von TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen 2 dazu einzusetzen, um eine Solarzelle 1 in vorteilhafter Weise zu fertigen. Prinzipiell kann dieses Verfahren jedoch auch dazu eingesetzt werden, andere Typen von Solarzellen 1 mit TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen 2 zu fertigen.It should be noted that this refers to 3 The described method according to the second aspect of the present invention is only one of several possibilities: to use the method for manufacturing TOPCon-like or POLO-like contact structures 2 to advantageously manufacture a solar cell 1. In principle, however, this method can also be used to manufacture other types of solar cells 1 with TOPCon-like or POLO-like contact structures 2.

Lediglich als ein weiteres solches Beispiel wird nachfolgend mit Bezug auf 4 das Fertigen einer IBC-artigen Solarzelle 1 kurz beschrieben, bei der lediglich einer der Rückkontakttypen mithilfe des hierin beschriebenen Verfahrens unter Bildung von TOPCon-artigen bzw. POLO-artigen Kontaktstrukturen 2 ausgebildet ist, wohingegen der entgegengesetzte Rückkontakttyp mittels einer anderen Technologie gebildet wird.Only as a further such example will the following be given with reference to 4 The manufacturing of an IBC-type solar cell 1 is briefly described, in which only one of the back contact types is formed using the method described herein to create TOPCon-type or POLO-type contact structures 2, whereas the opposite The set back contact type is formed using a different technology.

Wie in der Prozesssequenz in 4 angedeutet, wird dabei in einem Schritt (a) zunächst ein Siliziumsubstrat 3 in Form eines p-Typ-Wafers bereitgestellt. In Schritt (b) wird dann mithilfe des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine Vielzahl von Kontaktstrukturen 2 an der Rückseite 9 des Siliziumsubstrats 3 erzeugt. Jede der Kontaktstrukturen 2 umfasst hierbei einen Rückseitenschichtenstapel 19 mit einer Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht 21 und einer n-Typ-dotierten polykristallinen Siliziumschicht 23. In Schritt (c) wird dann die gesamte Oberfläche des Siliziumsubstrats 3 mit einer passivierenden Dielektrikumschicht 33 in Form einer Doppelschicht aus einer Aluminiumoxidschicht 32 und einer Aluminiumnitridschicht 34 auf beiden Seiten des Siliziumsubstrats 3 abgeschieden. Anschließend wird in Schritt (d) in Bereichen 37 lateral zwischen den zuvor erzeugten Kontaktstrukturen 2 die Dielektrikumschicht 33 lokal beispielsweise durch Laserablation geöffnet. Abschließend wird dann in diesen geöffneten Bereichen 37 zuerst eine Aluminium-haltige Paste lokal mittels Siebdruck aufgedruckt und durch Einfeuern derselben ein lokales Aluminium-Back-Surface-Field (Al-BSF) 39 erzeugt und anschließend dieses Al-BSF durch lokales Aufdrucken einer Silber-haltigen Paste und anschließendes Einfeuern derselben durch Silber-Kontaktfinger 41 kontaktiert. Ergänzend können auch die Kontaktstrukturen 2 mit Silber-Kontaktfingern 43, welche durch Siebdruck lokal aufgedruckt und dann durch die Dielektrikumschicht 33 hindurchgefeuert werden, kontaktiert werden.As in the process sequence in 4 As indicated, in step (a) a silicon substrate 3 in the form of a p-type wafer is first provided. In step (b) a plurality of contact structures 2 are then produced on the back side 9 of the silicon substrate 3 using the method according to the first aspect of the invention. Each of the contact structures 2 comprises a back-side layer stack 19 with a silicon oxide-containing back-side passivation layer 21 and an n-type doped polycrystalline silicon layer 23. In step (c) the entire surface of the silicon substrate 3 is then deposited with a passivating dielectric layer 33 in the form of a double layer of an aluminum oxide layer 32 and an aluminum nitride layer 34 on both sides of the silicon substrate 3. Subsequently, in step (d) the dielectric layer 33 is locally opened, for example by laser ablation, in regions 37 laterally between the previously produced contact structures 2. Finally, in these opened areas 37, an aluminum-containing paste is first locally printed by screen printing and a local aluminum back-surface field (Al-BSF) 39 is created by firing it in. Subsequently, this Al-BSF is contacted by locally printing a silver-containing paste and then firing it in through silver contact fingers 41. Additionally, the contact structures 2 can also be contacted with silver contact fingers 43, which are locally printed by screen printing and then fired through the dielectric layer 33.

Es ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.It should be noted that terms such as "comprising," "encompassing," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a plurality. Furthermore, it should be noted that features or steps described with reference to one of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference numerals in the claims are not to be considered as a limitation.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE MARK LIST

11
Solarzellesolar cell
22
KontaktstrukturContact structure
33
Siliziumsubstratsilicon substrate
55
erster Rückseitenschichtenstapelfirst back-layer stack
77
erste Teilbereichefirst sub-areas
99
Rückseiteback
1111
erste Rückseiten-Passivierungsschichtfirst backside passivation layer
1313
erste polykristalline Siliziumschicht vom ersten Dotierungstypfirst polycrystalline silicon layer of the first doping type
1515
erste Siliziumoxiddünnschichtfirst silicon oxide thin film
1717
zweite Teilbereichesecond sub-areas
1919
zweiter Rückseitenschichtenstapelsecond back layer stack
2121
zweite Rückseitenpassivierungsschichtsecond backside passivation layer
2323
zweite polykristalline Siliziumschicht vom zweiten Dotierungstypsecond polycrystalline silicon layer of the second doping type
2525
zweite Siliziumoxiddünnschichtsecond silicon oxide thin film
2626
ZentralbereichCentral area
2727
Randbereiche der zweiten TeilbereicheBorder areas of the second sub-areas
2828
Laserlichtlaser light
2929
erste Kontaktefirst contacts
3131
zweite Kontaktesecond contacts
3232
AluminiumoxidschichtAluminum oxide layer
3333
oberflächenpassivierende Dielektrikumschichtsurface-passivating dielectric layer
3434
Siliziumnitridschichtsilicon nitride layer
3535
Siliziumnitridschichtsilicon nitride layer
3737
geöffnete Bereicheopen areas
3939
Al-BSFAl-BSF
4141
Silber-KontaktfingerSilver contact finger
4343
Silber-KontaktfingerSilver contact finger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2 297 788 B1 [0008]EP 2 297 788 B1 [0008]
  • DE 10 2021 133 039 A1 [0008]DE 10 2021 133 039 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Dullweber et al.: „TOWARDS COST-EFFECTIVE HIGH-EFFICIENCY POLO IBC SOLAR CELLS WITH MINIMAL CONVERSION INVEST FOR EXISTING PERC+ PRODUCTION LINES“, 8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (2022), p. 35 [0008]Dullweber et al.: “TOWARDS COST-EFFECTIVE HIGH-EFFICIENCY POLO IBC SOLAR CELLS WITH MINIMAL CONVERSION INVEST FOR EXISTING PERC+ PRODUCTION LINES”, 8th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (2022), p. 35 [0008]
  • Peibst et al.: „On the chances and challenges of combining electron-collecting nPOLO and hole-collecting Al-p+ contacts in highly efficient p-type c-Si solar cells“, Progress in Photovoltaics, Volume 31, Issue 4, Special Issue: Passivating Contacts Based Silicon Solar Cells; April 2023; Pages 327-340; https://doi.org/10.1002/pip.3545 [0008]Peibst et al.: “On the opportunities and challenges of combining electron-collecting nPOLO and hole-collecting Al-p+ contacts in highly efficient p-type c-Si solar cells,” Progress in Photovoltaics, Volume 31, Issue 4, Special Issue: Passivating Contacts Based Silicon Solar Cells; April 2023; Pages 327-340; https://doi.org/10.1002/pip.3545 [0008]
  • Wang et al.: „Development of TOPCon tunnel-IBC solar cells with screen-printed firethrough contacts by laser patterning“, Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 220, January 2021, 110834; https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110834; [0008]Wang et al.: “Development of TOPCon tunnel-IBC solar cells with screen-printed firethrough contacts by laser patterning,” Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 220, January 2021, 110834; https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110834; [0008]

Claims (13)

Verfahren zum Fertigen einer Kontaktstruktur (2) insbesondere für eine Solarzelle (1), aufweisend zumindest folgende Verfahrensschritte: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (3) mit ersten Teilbereichen (7) und zweiten Teilbereichen (17) jeweils an einer Rückseite (9) des Siliziumsubstrats (3); (b) Erzeugen eines Rückseitenschichtenstapels (19) überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche (7, 17), wobei der Rückseitenschichtenstapel (19) zumindest eine Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (21) und eine dotierte polykristalline Siliziumschicht (23) aufweist; (c+d) Bilden einer Siliziumoxiddünnschicht (25), welche Zentralbereiche (26) der zweiten Teilbereiche (17) sowie, optional, Randbereiche (27) der zweiten Teilbereiche (17) bedeckt und welche die ersten Teilbereiche (7) nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (c1) und (d1) oder alternativ durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (c2) und (d2): (c1) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem Rückseitenschichtenstapel (19) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts die Siliziumoxiddünnschicht (25) angrenzend an die polykristalline Siliziumschicht (23) bildet, und (d1) Entfernen der Siliziumoxiddünnschicht (25) durch Laserablation in den ersten Teilbereichen (7) sowie, optional, in den Randbereichen (27) der zweiten Teilbereiche (17); oder (c2) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem Rückseitenschichtenstapel (19) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und (d2) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der polykristallinen Siliziumschicht (23) durch lokales Bestrahlen der Zentralbereiche (26) und, optional, der Randbereiche (27) des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats (3) mit Laserlicht (28) derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den Zentralbereichen (26) und, optional, den Randbereichen (27) die Siliziumoxiddünnschicht (25) bildet; und (e) Durchführen eines selektiven Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in eine hochselektive Ätzsubstanz, welche eine hohe Ätzrate für Silizium und eine niedrige Ätzrate für Siliziumoxid aufweist, und dadurch Entfernen der polykristallinen Siliziumschicht (23) in den ersten Teilbereichen (7) sowie, optional, in den Randbereichen (27) der zweiten Teilbereiche (17).A method for manufacturing a contact structure (2), in particular for a solar cell (1), comprising at least the following process steps: (a) providing a silicon substrate (3) with first sub-regions (7) and second sub-regions (17), each on a back side (9) of the silicon substrate (3); (b) producing a back-side layer stack (19) covering the first and second sub-regions (7, 17), wherein the back-side layer stack (19) comprises at least a silicon oxide-containing back-side passivation layer (21) and a doped polycrystalline silicon layer (23); (c+d) Forming a silicon oxide thin film (25) covering central regions (26) of the second subregions (17) and, optionally, peripheral regions (27) of the second subregions (17), and not covering the first subregions (7), by performing a combination of steps (c1) and (d1) defined below, or alternatively, by performing a combination of steps (c2) and (d2) defined below: (c1) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate (3) provided with the back-layer stack (19) into an annealing atmosphere at temperatures above 700°C, wherein oxygen is added to the annealing atmosphere at least temporarily, so that the silicon oxide thin film (25) forms adjacent to the polycrystalline silicon layer (23) during the annealing step, and (d1) Removing the silicon oxide thin film (25) by laser ablation in the first subregions (7) and, optionally, in the peripheral regions (27) of the second subregions. (17); or (c2) performing an annealing step by introducing the silicon substrate (3) provided with the back-layer stack (19) into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and (d2) performing a local oxidation step on the polycrystalline silicon layer (23) by locally irradiating the central regions (26) and, optionally, the edge regions (27) of the silicon substrate (3) received in an oxygen-containing atmosphere with laser light (28) such that the silicon oxide thin film (25) is formed by the oxidation step in the central regions (26) and, optionally, the edge regions (27); and (e) Performing a selective etching step by introducing the silicon substrate (3) into a highly selective etching substance which has a high etch rate for silicon and a low etch rate for silicon oxide, thereby removing the polycrystalline silicon layer (23) in the first sub-regions (7) and, optionally, in the edge regions (27) of the second sub-regions (17). Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen weiteren Schritt: (f) Durchführen eines Flusssäureätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in Flusssäure.Procedure according to Claim 1 , further comprising a further step: (f) carrying out a hydrofluoric acid etching step by immersing the silicon substrate (3) in hydrofluoric acid. Verfahren zum Fertigen einer Solarzelle (1), aufweisend zumindest folgende Schritte: (a) Bereitstellen eines Siliziumsubstrats (3) mit ersten Teilbereichen (7) und zweiten Teilbereichen (17) jeweils an einer Rückseite (9) des Siliziumsubstrats (3); (b) Erzeugen eines ersten Rückseitenschichtenstapels (5) und einer ersten Siliziumoxiddünnschicht (15) in den ersten Teilbereichen (7), wobei der erste Rückseitenschichtenstapel (5) zumindest eine erste Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (11) und eine erste polykristalline Siliziumschicht (13) eines ersten Dotierungstyps aufweist, wobei die Rückseite (9) des Siliziumsubstrats (3) in zweiten Teilbereichen (17) angrenzend an die ersten Teilbereiche (7) frei von dem ersten Rückseitenschichtenstapel (5) ist; (c) Erzeugen eines zweiten Rückseitenschichtenstapels (19) überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche (7, 17), wobei der zweite Rückseitenschichtenstapel (19) zumindest eine zweite Siliziumoxid-haltige Rückseiten-Passivierungsschicht (21) und eine zweite polykristalline Siliziumschicht (23) eines zweiten, dem ersten Dotierungstyp entgegengesetzten Dotierungstyps aufweist; (d+e) Bilden einer zweiten Siliziumoxiddünnschicht (25), welche Zentralbereiche (26) der zweiten Teilbereiche (17) sowie, optional, Randbereiche (27) der zweiten Teilbereiche (17) bedeckt und welche die ersten Teilbereiche (7) nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d1) und (e1) oder alternativ durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (d2) und (e2): (d1) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem zweiten Rückseitenschichtenstapel (19) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts die zweite Siliziumoxiddünnschicht (25) angrenzend an die zweite polykristalline Siliziumschicht (23) bildet, und (e1) Entfernen der zweiten Siliziumoxiddünnschicht (25) durch Laserablation in den ersten Teilbereichen (7) sowie, optional, in Randbereichen (27) der zweiten Teilbereiche (17); oder (d2) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem zweiten Rückseitenschichtenstapel (19) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und (e2) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (23) durch lokales Bestrahlen der Zentralbereiche (26) und, optional, der Randbereiche (27) des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats (3) mit Laserlicht (28) derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den Zentralbereichen (26) und, optional, den Randbereichen (27) die zweite Siliziumoxiddünnschicht (25) bildet; (f) Durchführen eines selektiven Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in eine hochselektive Ätzsubstanz, welche eine hohe Ätzrate für Silizium und eine niedrige Ätzrate für Siliziumoxid aufweist, und dadurch Entfernen der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (23) in den ersten Teilbereichen (7) sowie, optional, in den Randbereichen (27) der zweiten Teilbereiche (17); und (g) Aufbringen von elektrischen ersten Kontakten (29) auf die erste polykristalline Siliziumschicht (13) in den ersten Teilbereichen (7) und von elektrischen zweiten Kontakten (31) auf die zweite polykristalline Siliziumschicht (23) in den zweiten Teilbereichen (17).Method for manufacturing a solar cell (1), comprising at least the following steps: (a) providing a silicon substrate (3) with first sub-regions (7) and second sub-regions (17) each on a back side (9) of the silicon substrate (3); (b) producing a first back side layer stack (5) and a first silicon oxide thin film (15) in the first sub-regions (7), wherein the first back side layer stack (5) comprises at least a first silicon oxide-containing back side passivation layer (11) and a first polycrystalline silicon layer (13) of a first doping type, wherein the back side (9) of the silicon substrate (3) in second sub-regions (17) adjacent to the first sub-regions (7) is free of the first back side layer stack (5); (c) Producing a second backside layer stack (19) covering the first and second sub-areas (7, 17), wherein the second backside layer stack (19) comprises at least a second silicon oxide-containing backside passivation layer (21) and a second polycrystalline silicon layer (23) of a second doping type opposite to the first doping type; (d+e) Forming a second silicon oxide thin film (25) covering central regions (26) of the second subregions (17) and, optionally, peripheral regions (27) of the second subregions (17), and not covering the first subregions (7), by performing a combination of steps (d1) and (e1) defined below, or alternatively, by performing a combination of steps (d2) and (e2) defined below: (d1) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate (3) provided with the second back-side layer stack (19) into an annealing atmosphere at temperatures above 700°C, the annealing atmosphere being supplied with oxygen at least temporarily, so that during the annealing step the second silicon oxide thin film (25) forms adjacent to the second polycrystalline silicon layer (23), and (e1) Removing the second silicon oxide thin film (25) by laser ablation in the first subregions (7) and, optionally, in peripheral regions (27) of the second Sub-areas (17); or (d2) performing an anneal step by introducing the silicon substrate (3) provided with the second back-side layer stack (19) into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and (e2) performing a local oxidation step on the second polycrystalline silicon layer (23) by locally irradiating the center (f) irradiating the central regions (26) and, optionally, the edge regions (27) of the silicon substrate (3) absorbed in an oxygen-containing atmosphere with laser light (28) such that the second silicon oxide thin film (25) is formed by the oxidation step in the central regions (26) and, optionally, the edge regions (27); (f) carrying out a selective etching step by introducing the silicon substrate (3) into a highly selective etching substance which has a high etch rate for silicon and a low etch rate for silicon oxide, and thereby removing the second polycrystalline silicon layer (23) in the first subregions (7) and, optionally, in the edge regions (27) of the second subregions (17); and (g) applying electrical first contacts (29) to the first polycrystalline silicon layer (13) in the first sub-areas (7) and electrical second contacts (31) to the second polycrystalline silicon layer (23) in the second sub-areas (17). Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Verfahrensschritt (d1) der Annealschritt derart durchgeführt wird bzw. wobei in Verfahrensschritt (e2) der Oxidierungsschritt derart durchgeführt wird, dass die zweite Siliziumoxiddünnschicht (25) mit einer Dicke von wenigstens 1 nm und höchstens 40 nm gebildet wird.Procedure according to Claim 3 , wherein in process step (d1) the annealing step is carried out in such a manner or wherein in process step (e2) the oxidation step is carried out in such a manner that the second silicon oxide thin layer (25) is formed with a thickness of at least 1 nm and at most 40 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei in Verfahrensschritt (e1) die zweite Siliziumoxiddünnschicht (25) mithilfe eines Lasers ablatiert wird bzw. wobei in Verfahrensschritt (e2) die zweite polykristalline Siliziumschicht (23) mit einem Laser bestrahlt wird, dessen emittiertes Laserlicht eine Eindringtiefe in die zweite polykristalline Siliziumschicht (23) aufweist, welche kleiner ist als eine Dicke der zweiten polykristallinen Siliziumschicht (23).Procedure according to one of the Claims 3 and 4 , wherein in process step (e1) the second silicon oxide thin layer (25) is ablated using a laser or wherein in process step (e2) the second polycrystalline silicon layer (23) is irradiated with a laser whose emitted laser light has a penetration depth into the second polycrystalline silicon layer (23) which is less than a thickness of the second polycrystalline silicon layer (23). Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die hochselektive Ätzsubstanz Kaliumhydroxid sowie ein Ätzselektivitäts-steigerndes Additiv aufweist, sodass die Ätzrate für Silizium wenigstens 2fach höher ist als die Ätzrate für Siliziumoxid.Procedure according to one of the Claims 3 until 5 , wherein the highly selective etching agent contains potassium hydroxide and an etch selectivity-enhancing additive, such that the etch rate for silicon is at least 2 times higher than the etch rate for silicon oxide. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste polykristalline Siliziumschicht (13) p-Typ-dotiert ist und die zweite polykristalline Siliziumschicht (23) n-Typ-dotiert ist.Procedure according to one of the Claims 3 until 6 , wherein the first polycrystalline silicon layer (13) is p-type doped and the second polycrystalline silicon layer (23) is n-type doped. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei Schritt (f) ergänzend zumindest einen der folgenden Unterschritte aufweist: (f1) Durchführen eines Flusssäureätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in Flusssäure; (f2) Durchführen eines Reinigungsschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in eine Reinigungssubstanz.Procedure according to one of the Claims 3 until 7 , wherein step (f) additionally comprises at least one of the following substeps: (f1) performing a hydrofluoric acid etching step by introducing the silicon substrate (3) into hydrofluoric acid; (f2) performing a cleaning step by introducing the silicon substrate (3) into a cleaning substance. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, ferner umfassend einen weiteren Unterschritt (g1) nach dem Schritt (f): (g1) Aufbringen einer oberflächenpassivierenden Dielektrikumschicht (33) auf die an der Rückseite (9) erzeugten ersten und zweiten Rückseitenschichtenstapel (5, 19).Procedure according to one of the Claims 3 until 8 , further comprising a further substep (g1) after step (f): (g1) applying a surface passivating dielectric layer (33) to the first and second backside layer stacks (5, 19) produced on the backside (9). Verfahren nach Anspruch 9, wobei die oberflächenpassivierende Dielektrikumschicht (33) ganzflächig abgeschieden wird.Procedure according to Claim 9 , wherein the surface-passivating dielectric layer (33) is deposited over the entire surface. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei die erste polykristalline Siliziumschicht (13) und/oder die zweite polykristalline Siliziumschicht (25) mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter gleichzeitiger Einbringung von Dotierstoffen abgeschieden werden.Procedure according to one of the Claims 3 until 10 , wherein the first polycrystalline silicon layer (13) and/or the second polycrystalline silicon layer (25) are deposited by chemical vapor deposition with simultaneous introduction of dopants. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei Schritt (b) zumindest folgende Unterschritte aufweist: (b1) Erzeugen des ersten Rückseitenschichtenstapels (5) mit der ersten Siliziumoxid-haltigen Rückseiten-Passivierungsschicht (11) und der ersten polykristallinen Siliziumschicht (13) überdeckend die ersten und zweiten Teilbereiche (7, 17) der Rückseite (9) des Siliziumsubstrats (3); (b2) Bilden der ersten Siliziumoxiddünnschicht (15), welche die ersten Teilbereiche (7) bedeckt und welche die zweiten Teilbereiche (17) nicht bedeckt, durch Ausführen einer Kombination der nachfolgend definierten Schritte (b2a) und (b4a) sowie optional (b3a) oder alternativ durch Ausführen der Unterschritte (b2b) und (b3b) sowie, optional, (b4b): (b2a) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem ersten Rückseitenschichtenstapel (5) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, wobei der Annealatmosphäre zumindest zeitweise Sauerstoff zugesetzt wird, sodass sich während des Annealschritts die erste Siliziumoxiddünnschicht (15) angrenzend an die erste polykristalline Siliziumschicht (13) bildet, (b3a) optional: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht (35) über die erste Siliziumoxiddünnschicht (15), und (b4a) Entfernen der ersten Siliziumoxiddünnschicht (15) sowie, optional, der darüberliegenden Siliziumnitridschicht (35) durch Laserablation in den zweiten Teilbereichen (17); oder (b2b) Durchführen eines Annealschritts durch Einbringen des mit dem ersten Rückseitenschichtenstapel (5) versehenen Siliziumsubstrats (3) in eine Annealatmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 700°C, und (b3b) Durchführen eines lokal wirkenden Oxidierungsschritts an der ersten polykristallinen Siliziumschicht (13) durch lokales Bestrahlen der ersten Teilbereiche (7) des in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre aufgenommenen Siliziumsubstrats (3) mit Laserlicht derart, dass sich durch den Oxidierungsschritt in den ersten Teilbereichen (7) die erste Siliziumoxiddünnschicht (15) bildet; und (b4b) optional: Abscheiden einer Siliziumnitridschicht (35) über die erste Siliziumoxiddünnschicht (15), (b5) Durchführen eines Ätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in eine selektiv Silizium ätzende Ätzsubstanz und dadurch Entfernen der ersten polykristallinen Siliziumschicht (13) in den zweiten Teilbereichen (17); (b6), optional: Durchführen eines Flusssäureätzschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in Flusssäure und/oder Durchführen eines Reinigungsschrittes durch Einbringen des Siliziumsubstrats (3) in eine Reinigungssubstanz.Procedure according to one of the Claims 3 until 11 , wherein step (b) comprises at least the following substeps: (b1) generating the first backside layer stack (5) with the first silicon oxide-containing backside passivation layer (11) and the first polycrystalline silicon layer (13) covering the first and second sub-areas (7, 17) of the backside (9) of the silicon substrate (3); (b2) Forming the first silicon oxide thin film (15), which covers the first sub-regions (7) and which does not cover the second sub-regions (17), by performing a combination of steps (b2a) and (b4a) defined below, and optionally (b3a), or alternatively by performing sub-steps (b2b) and (b3b), and optionally (b4b): (b2a) Performing an annealing step by introducing the silicon substrate (3) provided with the first back-side layer stack (5) into an annealing atmosphere at temperatures above 700°C, the annealing atmosphere being supplied with oxygen at least temporarily, so that during the annealing step the first silicon oxide thin film (15) forms adjacent to the first polycrystalline silicon layer (13), (b3a) optionally: depositing a silicon nitride layer (35) over the first silicon oxide thin film (15), and (b4a) removing the first silicon oxide thin film (15) and optionally the (b2b) the overlying silicon nitride layer (35) by laser ablation in the second sub-regions (17); or (b2b) performing an anneal step by introducing the silicon substrate (3) provided with the first back-side layer stack (5) into an anneal atmosphere at temperatures above 700°C, and (b3b) performing a local oxidation step on the first polycrystalline silicon layer (13) by local irradiation of the first part (b4b) areas (7) of the silicon substrate (3) absorbed in an oxygen-containing atmosphere are treated with laser light such that the first silicon oxide thin film (15) is formed by the oxidation step in the first sub-areas (7); and (b4b) optionally: deposition of a silicon nitride layer (35) over the first silicon oxide thin film (15), (b5) carrying out an etching step by introducing the silicon substrate (3) into a selective silicon-etching etching substance and thereby removing the first polycrystalline silicon layer (13) in the second sub-areas (17); (b6) optionally: carrying out a hydrofluoric acid etching step by introducing the silicon substrate (3) into hydrofluoric acid and/or carrying out a cleaning step by introducing the silicon substrate (3) into a cleaning substance. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei in Schritt (g) die elektrischen Kontakte (29, 31) durch Aufdrucken und Einbrennen von Metall-haltigen Pasten aufgebracht werden.Procedure according to one of the Claims 3 until 12 , wherein in step (g) the electrical contacts (29, 31) are applied by printing and burning in metal-containing pastes.
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