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WO2011116762A2 - Herstellungsverfahren einer halbleitersolarzelle - Google Patents

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WO2011116762A2
WO2011116762A2 PCT/DE2011/075032 DE2011075032W WO2011116762A2 WO 2011116762 A2 WO2011116762 A2 WO 2011116762A2 DE 2011075032 W DE2011075032 W DE 2011075032W WO 2011116762 A2 WO2011116762 A2 WO 2011116762A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
passivation
dielectric layer
dielectric
semiconductor substrate
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.)
Ceased
Application number
PCT/DE2011/075032
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English (en)
French (fr)
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WO2011116762A3 (de
Inventor
Peter Engelhart
Robert Seguin
Matthias Erdmann
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Q Cells SE
Original Assignee
Q Cells SE
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
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Priority to DE112011100989T priority patent/DE112011100989A5/de
Publication of WO2011116762A2 publication Critical patent/WO2011116762A2/de
Publication of WO2011116762A3 publication Critical patent/WO2011116762A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
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    • H—ELECTRICITY
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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • H10F77/70—Surface textures, e.g. pyramid structures
    • H10F77/703—Surface textures, e.g. pyramid structures of the semiconductor bodies, e.g. textured active layers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a manufacturing method of a semiconductor solar cell.
  • Recombinant activity of carriers over surface states must be reduced. This is usually done by applying a dielectric passivation layer to the solar cell surface.
  • Passivation layer formed so that it forms a stable passivation of the solar cell surface, which survives a fire step in the temperature range 800-900 ° C, while maintaining their passivation properties.
  • Passivation layer directly chemical and physical conditions and substances, such as chemicals, is exposed, which can have a corrosive effect. Examples include texture, etching and diffusion steps. If the process step is carried out before applying the passivation layer, then an additional layer must be regularly applied to the process step before the process step
  • Substrate surface of the solar cell are applied, which then as
  • Barrier layer for the respective process step acts.
  • the application and possibly necessary subsequent removal of such sacrificial and barrier layers make the process expensive and expensive. It is therefore an object of the invention to provide a manufacturing method for
  • the invention is based on the recognition that a passivation double layer, which is formed from two dielectric layers of suitable, differing dielectric materials, as a barrier layer for certain
  • Dielectric material applied to a surface of a Hableitersubstrats Thereafter, a second dielectric layer of a second dielectric material different from the first dielectric material is applied to the first dielectric layer.
  • a second dielectric layer of a second dielectric material different from the first dielectric material is applied to the first dielectric layer.
  • the semiconductor substrate may be both a semiconductor wafer and a thin film on a substrate, for example a
  • the surface of the semiconductor substrate Before the application of the two dielectric layers of the passivation double layer, the surface of the semiconductor substrate can be doped over the whole area or in regions.
  • this surface of the semiconductor substrate may, for example, have been subjected to a diffusion with boron and / or phosphorus, or an implantation. Further processes are advantageous for preparing the surface of the semiconductor substrate, for example a cleaning process for removing any saw damage.
  • the texture step is a process of structuring a solar cell surface on a light incident side to increase the solar cell surface
  • the texture step may be, for example
  • the passivation double layer can be used for
  • the passivation double layer has an etch rate which is at most about 10%, preferably at most about 2%, more preferably at most about 0, 5%, the etch rate of the semiconductor substrate.
  • the etch removal depth of a material to be etched in a texture step is typically 1 ⁇ to 20 ⁇ , while the thickness of an etch barrier is typically about 50nm to 200nm.
  • the etching step is a method for removing a surface area or a surface layer on the semiconductor substrate surface.
  • An example of this is the complete or selective etching of a phosphorus silicate layer (HF-based), which can be formed by diffusion through POCl 3 .
  • Other examples are the chemical
  • Edge insulation (based on HF / HN03), the damage rates (for removing sawing damage, laser structuring damage or the like) and optionally the removal of a lacquer layer, also called Lackstrip (when structuring by means of lacquer, this is based on KOH).
  • a removal of a surface area can likewise take place, so that a distinction between the texture step and the etching step becomes difficult.
  • the texture step is then ultimately a non-isotropic etching step.
  • the passivation layer should be resistant.
  • the passivation bilayer can be used as a full-area, ie, front-side or back-side, etch barrier.
  • the passivation double layer can be structured on a solar cell side and, in a subsequent etching step, as structuring
  • Etching barrier or etching mask can be used.
  • the Passivi mecanicsdoppel für acts when compared to the semiconductor substrate preferably has an etch rate of at most about 10%, preferably at most about 2%, more preferably at most about 0.5%.
  • the passivation double layer in conventional etching solutions such as 5% hydrofluoric acid (HF) at room temperature has an etching rate of at most 1 nm / s or 45%
  • KOH Potassium hydroxide
  • the passivation double layer is used accordingly as a diffusion barrier. This can happen, in particular, in that the diffusion barrier is thick enough that dopants do not reach the substrate through the diffusion barrier in effective concentration or not.
  • the diffusion may occur at a temperature of up to 900 ° C or more, so that the diffusion barrier must withstand such high temperatures without sacrificing passivation effect.
  • the first and the second dielectric material may be selected such that the dielectric layers formed therefrom in each case due to a
  • the manufacturing method it may be useful to apply a further intermediate layer to the surface of the semiconductor substrate prior to the application of the first dielectric layer. Likewise, it may be useful to provide one or more further intermediate layers between the two dielectric layers. In a preferred embodiment, however, it is provided that the first dielectric layer directly on the surface of the
  • Hableitersubstrats and / or the second dielectric layer is applied directly to the first dielectric layer.
  • this should be applied directly to the surface.
  • Dielectric layer and / or the second dielectric layer by means
  • Thin-film processes are deposited.
  • Such thin-film methods include, for example, deposition methods such as CVD (chemical vapor deposition) and PVD (physical vapor deposition), sputtering methods,
  • Atomic layer deposition and the like, wherein deposition methods can be used with or without plasma assistance.
  • ALD Atomic layer deposition
  • the use of thin film methods is not absolutely necessary.
  • one of the dielectric layers or both dielectric layers may be applied by other suitable application methods, such as sol-gel techniques.
  • the further production step comprises a firing step. At the same time is the
  • the firing step is a method step for burning in a metal paste applied to the solar cell to produce a metal contact layer. Due to the stability and robustness of the passivation double layer, the metal paste can also be applied at least partially on the passivation double layer. In this embodiment, the passivation double layer resists the
  • the passivation bilayer is fire-stable and at the same time stable against the metal paste. In addition, it guarantees sufficient mechanical adhesion between the passivation double layer and the metal paste.
  • the first dielectric material comprises aluminum oxide (in particular Al 2 O 3 ) or another metal oxide and / or the second dielectric material silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiO x N y ) or Silicon carbide (SiC x ) includes.
  • silicon oxide in particular Al 2 O 3
  • SiN x silicon nitride
  • SiO x N y silicon oxynitride
  • SiC x Silicon carbide
  • SiO x N y can have special advantages as a dielectric material.
  • Dielectric material silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride or
  • Silicon carbide includes. According to a preferred embodiment, it is provided that the first
  • Dielectric layer and / or the second dielectric layer doped is applied.
  • the application for example, the deposition of a gas phase, be made such that the respective
  • Dielectric layer deposited as a doped layer on the semiconductor substrate surface Dielectric layer deposited as a doped layer on the semiconductor substrate surface.
  • a dopant can be added to the reaction gas for this purpose.
  • the doping of the dielectric layer can be made after its application to the surface.
  • the second dielectric layer is applied in such a way that it has a hydrogen content of at least 1 at%, preferably of at least 2 at%, more preferably of at least 5 at%.
  • the hydrogen can partially penetrate into the first dielectric layer and up to the surface of the semiconductor substrate, where it is improved
  • Passivianssdoppel für is tempered after application. It has been found that the passivation effect of the first dielectric layer, just like the passivation effect of the passivation double layer, is substantially improved after an annealing step. The annealing step leading to such
  • Activation of the passivation effect is preferably chosen so that the passivation double layer is exposed under nitrogen or another gas atmosphere to a temperature of at least 300 ° C for at least 5 minutes, more preferably a temperature of at least 350 ° C for at least 10 minutes, in a preferred embodiment, a temperature of at least 400 ° C for a period of more than 10 min.
  • the duration of the annealing step can also be shortened.
  • the annealing step occurs at a temperature of about 400 ° C for about one minute or less. Shorter tempering steps are desirable and also feasible for the activation of the passivation effect.
  • an activation of the first dielectric layer takes place
  • the annealing step is thus advantageous for improving or activating the passivation effect of the passivation double layer of the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the function of the second dielectric layer as an etching barrier by an annealing step can be improved by the etching step, the etch rate of the second dielectric layer is reduced in different etching solutions.
  • the passivation double layer is patterned before or after the further production step.
  • Passivianssdoppel für can be provided for example as a back passivation.
  • a contacting layer can be applied over the whole area to the passivation double layer, which is electrically connected to the solar cell semiconductor substrate via through holes formed in the passivation double layer.
  • Passivianssdoppel be structured to act only in selected areas as a barrier layer, be it as a texture, as an etch and / or as a diffusion barrier. Accordingly, diffusion would only occur through through holes or via structures formed in the passivation bilayer.
  • Passivation double layers can be used to make back contact solar cells.
  • FIGS. 1 to 6 show various stages of a solar cell during its production according to a preferred embodiment.
  • 1 shows a semiconductor substrate with a doped surface.
  • FIG. 2 shows the semiconductor substrate from FIG. 1 with a passivation double layer
  • FIG. 3 shows the semiconductor substrate from FIG. 2 with textured front side
  • FIG. 4 shows the semiconductor substrate from FIG. 3 after a diffusion step
  • FIG. 5 shows the semiconductor substrate from FIG. 4 with an antireflection layer
  • FIG. and FIG. 6 shows a finished semiconductor solar cell with metallization on both sides.
  • FIGS. 1 to 6 schematically illustrate, by means of cross-sectional views, the production of a solar cell with a passivation double layer in accordance with FIG preferred embodiment.
  • the layer structures shown here are not reproduced on a correct scale.
  • a semiconductor substrate 2 is provided.
  • a doping layer 21 is formed by diffusion of boron or by implantation into the semiconductor material. This doping layer 21 is optional, but may improve the backside contact of the solar cell. Alternatively or additionally, the entire
  • Doping material be predoped to form a base semiconductor of the subsequent solar cell.
  • the semiconductor substrate 2 shown in FIG. 1 is a semiconductor wafer.
  • a substrate front side 23 of the semiconductor substrate 2 can remain untreated for the time being.
  • the semiconductor substrate 2 may need to be free of sawing damage.
  • an etching solution can be used.
  • the wafer may have through holes, e.g. be realized by laser beam.
  • the first dielectric layer 3 comprises, for example, Al 2 O 3 and the second
  • Dielectric layer 4 SiO x N y Dielectric layer 4 SiO x N y .
  • the second dielectric layer 4 has a relatively high hydrogen content.
  • the second dielectric layer 4 made of SiO x N y acts in the sequence as a kind of protective layer for the first dielectric layer 3 made of Al 2 O 3 .
  • a reverse layer sequence can be selected.
  • the substrate front side 23, which in the finished semiconductor solar cell 1 shown in FIG Light incident side is to be used by means of a wet chemical
  • Textured step textured.
  • the passivation double layer 3, 4 acts as a texture barrier for the backside surface 22 of the semiconductor substrate 2.
  • the result of the texture step is shown schematically in FIG. 3 as a pyramidal structure on the substrate front side 23.
  • This can be done, for example, in a gas phase diffusion by means of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) or boron tribromide (BBr 3 ) as a diffusion substance, from which the
  • Diffusion layer 24 emerges as an emitter layer. During diffusion, temperatures of up to 900 ° C may prevail.
  • the doped layer may also be by other techniques than by gas phase diffusion, e.g. by applying doped glasses by means of spin-on or spray-on and subsequent heating or driving in of the dopants by means of laser.
  • Passivation double layer 3, 4 acts as a diffusion barrier during the diffusion step to protect the back surface 22 of the semiconductor substrate 2 from diffusion.
  • a layer of phosphosilicate glass may be formed, which must be removed with a subsequent etching step. This can be achieved either wet-chemically or by means of a plasma-assisted etching process.
  • an etching solution for example, an HF-based solution is considered.
  • Substrate front side 23 a front side anti-reflection layer 6, for example, deposited from silicon nitride.
  • the thus prepared semiconductor solar cell 1 is contacted by, for example, a metal paste over the entire surface or by screen printing or similar application method front and / or rear side applied and the semiconductor solar cell 1 is then subjected to a fire step.
  • a Vorderpitmetallmaschine 7 arise as
  • the backside metallization 8 is electrically connected to the semiconductor substrate 2 through via holes 5 formed in the passivation double layer 3, 4.
  • the dielectric layers 3, 4 of the passivation double layer 3, 4 should in this case be chosen so that the passivation effect is retained even after such a firing step.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle (1), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (2) der Halbleitersolarzelle (1); Erzeugen einer Passivierungsdoppelschicht (3, 4) auf einer Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2), indem eine erste Dielektrikschicht (3) aus einem ersten Dielektrikmaterial auf die Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2) aufgebracht wird und auf die erste Dielektrikschicht (3) eine zweite Dielektrikschicht (4) aus einem vom ersten Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht wird; und einen weiteren Herstellungsschritt umfassend mindestens einen, zwei oder drei aus den folgenden Prozessschritten: ein Texturschritt; ein Diffusionsschritt; und ein Ätzschritt, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des weiteren Herstellungsschrittes als Barriereschicht wirkt und das unmittelbar darunter liegende Halbleitersubstrat (2) schützt und wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) in der fertigen Halbleitersolarzelle (1) als Passivierungsschicht dient.

Description

Titel:
Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle.
Eine der begrenzenden Faktoren für die Effizienz von Solarzellen ist die
Rekombination von Ladungsträgern an Solarzellenoberflächen. Die
rekombinierten Ladungsträger stehen dann nicht mehr für die Stromerzeugung zur Verfügung. Um diese Rekombination zu vermindern, müssen die
Solarzellenoberflächen„passiviert" werden, das heißt die
Rekombinationsaktivität von Ladungsträgern über Oberflächenzustände muss herabgesetzt werden. Dies geschieht in der Regel mittels Auftragen einer dielektrischen Passivierungsschicht auf die Solarzellenoberfläche.
Üblicherweise eingesetzte Passivierungsschichten sind jedoch in der Regel empfindlich gegenüber Prozessschritten, die bei der Herstellung von
Solarzellen durchgeführt werden müssen. Während dieser Schritte büßen die Passivierungsschichten ihre Passivierungswirkung zu einem erheblichen Teil oder im Extremfall vollständig ein. Ein Beispiel für einen Prozessschritt mit einer derart degradierenden Wirkung auf Passivierungsschichten ist der sogenannte Feuerschritt, bei dem eine auf die Solarzelle rückseitig
aufgetragene Metallpaste zu einer Kontaktschicht ausgehärtet wird und hierbei eine Legierung zwischen Metall und Halbleiter erwirkt wird.
In DE 10 2007 054 384 A1 wird eine Passivierung vorgeschlagen, welche gegenüber einem Feuerschritt im Temperaturbereich zwischen 800-900° C robust ist und ihre Passivierungseigenschaften weitgehend beibehalten soll. Hierbei handelt es sich um eine Doppelschicht aus Aluminiumoxid und hierauf abgeschiedener Schicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen. In dem bekannten Verfahren wird im Anschluss an das Abscheiden der Doppelschicht auf die Solarzellenoberfläche, eine Metallpaste mittels
Siebdruck auf die Solarzelle aufgetragen und in einem Durchlaufofen einem Feuerschritt unterzogen. Bei dem soeben beschriebenen Herstellungsverfahren ist die
Passivierungsschicht derart ausgebildet, dass sie eine stabile Passivierung der Solarzellenoberfläche bildet, welche einen Feuerschritt im Temperaturbereich 800-900° C übersteht und dabei ihre Passivierungseigenschaften beibehält.
Problematisch bleiben jedoch Prozessschritte, bei denen die
Passivierungsschicht unmittelbar chemischen und physikalischen Bedingungen und Stoffen, beispielsweise Chemikalien, ausgesetzt ist, die korrosiv wirken können. Beispiele hierfür sind Textur-, Ätz- und Diffusionsschritte. Wird der Prozessschritt vor dem Aufbringend der Passivierungsschicht durchgeführt, so muss vor dem Prozessschritt regelmäßig eine zusätzliche Schicht auf die
Substratoberfläche der Solarzelle aufgebracht werden, die dann als
Barriereschicht für den jeweiligen Prozessschritt wirkt. Die Aufbringung und gegebenenfalls notwendige anschließende Entfernung derartiger Opfer- und Barriereschichten machen den Prozess aufwendig und kostspielig. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren für
Halbleitersolarzellen bereitzustellen, das kostengünstig ist und bei dem die Anzahl an Prozessschritten vermindert ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Passivierungsdoppelschicht, welche aus zwei Dielektrikschichten aus geeigneten, sich unterscheidenden Dielektrikmaterialien gebildet ist, als Barriereschicht für bestimmte
Prozessschritte dienen kann, ohne ihre Passivierungseigenschaften zu verlieren. Hierzu wird zunächst eine erste Dielektrikschicht aus einem ersten
Dielektrikmaterial auf einer Oberfläche eines Hableitersubstrats aufgebracht. Danach wird auf die erste Dielektrikschicht eine zweite Dielektrikschicht aus einem vom ersten Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht. In einem während des Herstellungsverfahrens nach dem
Aufbringen der Passivierungsdoppelschicht durchgeführten Texturschritt, Diffusionsschritt und / oder Ätzschritt wirkt ein solcher
Passivierungsdoppelschicht entsprechend als Texturbarriere, als
Diffusionsbarriere beziehungsweise als Ätzbarriere.
Bei dem Halbleitersubstrat kann es sich sowohl um einen Halbleiterwafer als auch um eine in Dünnschicht auf einem Substrat, beispielsweise einem
Glassubstrat, hergestellte Halbleiterstruktur handeln, aus der eine Solarzelle hergestellt wird. Vor dem Aufbringen der beiden Dielektrikschichten der Passivierungsdoppelschicht kann die Oberfläche des Halbleitersubstrats vollflächig oder bereichsweise dotiert sein. Hierzu kann diese Oberfläche des Halbleitersubstrats beispielsweise einer Diffusion mit Bor und / oder Phosphor, oder einer Implantation unterworfen worden sein. Weitere Prozesse sind zur Vorbereitung der Oberfläche des Halbleitersubstrats von Vorteil, beispielsweise ein Reinigungsprozess zur Entfernung eventuell vorhandener Sägeschäden. Bei dem Texturschritt handelt es sich um einen Prozess zur Strukturierung einer Solarzellenoberfläche auf einer Lichteinfallseite zur Erhöhung der
Effizienz beim Lichteinfang. Der Texturschritt kann beispielsweise
nasschemisch durchgeführt werden, womit eine pyramidale
Oberflächenstruktur erzeugt werden kann. Es sind jedoch auch
trockenchemische Texturverfahren bekannt, beispielsweise Plasma
unterstützte Texturverfahren. Die Passivierungsdoppelschicht kann zum
Beispiel als rückseitige Passivierungsschicht gleichzeitig als rückseitige
Texturbarriere eine unbeabsichtigte Texturierung der Solarzellenrückseite verhindern.
Als Texturbarriere im Sinne der vorliegenden Erfindung wirkt eine
Passivierungsdoppelschicht, wenn sie bei üblichen Texturverfahren im
Wesentlich nicht abgetragen wird. Wenn der Texturschritt mittels eines Texturätzmittels durchgeführt wird, weist die Passivierungsdoppelschicht vorzugsweise eine Ätzrate auf, welche höchstens etwa 10%, bevorzugt höchstens etwa 2%, eher bevorzugt höchstens etwa 0, 5%, der Ätzrate des Halbleitersubstrats beträgt. Beispielsweise beträgt die Ätzabtragstiefe eines zu ätzenden Material in einem Texturschritt typischerweise 1 μηη bis 20μηη, während die Dicke einer Ätzbarriere typischerweise etwa 50nm bis 200nm beträgt.
Demgegenüber handelt es sich bei dem Ätzschritt um ein Verfahren zur Abtragung eines Oberflächenbereichs oder einer Oberflächenschicht auf der Halbleitersubstrat-Oberfläche. Ein Beispiel hierfür ist die vollständige oder selektive Ätzung einer Phosphorsilikatschicht (HF-basiert), welche bei Diffusion mittels POCl3 entstehen kann. Weitere Beispiele sind die chemische
Kantenisolation (basierend auf HF/HN03), die Schadensätze (zum Entfernen von Sägeschaden, Laserstrukturierungsschaden oder dergleichen) und gegebenenfalls das Entfernen einer Lackschicht, auch Lackstrip genannt (bei Strukturierung mittels Lack, diese basiert auf KOH). Es ist zu erwähnen, dass zumindest bei nasschemischen Texturschritten ebenfalls eine Abtragung eines Oberflächenbereichs erfolgen kann, so dass eine Unterscheidung zwischen Texturschritt und Ätzschritt schwierig wird. So werden beispielsweise die Entfernung des Sägeschadens und damit die dafür nötige Abtragung des Siliziums in üblichen Produktionslinien durch den Texturschritt en passant mit erledigt. Der Texturschritt ist dann letztlich ein nicht isotrop verlaufender Ätzschritt. Gegenüber derartigen Prozessen soll die Passivierungsschicht resistent sein.
Wiederum kann die Passivierungsdoppelschicht als eine vollflächige, das heißt vorderseitige oder rückseitige, Ätzbarriere verwendet werden. Alternativ oder gleichzeitig kann die Passivierungsdoppelschicht auf einer Solarzellenseite strukturiert und in einem anschließenden Ätzschritt als strukturierende
Ätzbarriere beziehungsweise Ätzmaske eingesetzt werden. Als Ätzbarriere während eines Ätzschrittes im vorliegenden Sinne wirkt die Passivierungsdoppelschicht, wenn sie verglichen zum Halbleitersubstrat vorzugsweise eine Ätzrate von höchstens etwa 10%, bevorzugt höchstens etwa 2%, eher bevorzugt höchstens etwa 0,5%, aufweist. Insbesondere weist die Passivierungsdoppelschicht in üblichen Ätzlösungen wie 5%iger Flußsäure (HF) bei Raumtemperatur eine Ätzrate von höchstens 1 nm/s oder 45%igem
Kaliumhydroxid (KOH) bei 80°C eine Ätzrate von höchstens 1 nm/min auf. Es ist zu beachten, dass KOH im Gegensatz zu HF zum Ätzen von Silizium eingesetzt werden kann.
Bei einem Diffusionsschritt wird die Passivierungsdoppelschicht entsprechend als Diffusionsbarriere verwendet. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Diffusionsbarriere dick genug ist, dass Dotanden nicht oder nicht in wirksamer Konzentration durch die Diffusionsbarriere zum Substrat gelangen. Die Diffusion kann bei einer Temperatur von bis zu 900° C oder mehr erfolgen, so dass die Diffusionsbarriere derartig hohen Temperaturen widerstehen muss, ohne an Passivierungswirkung einzubüßen.
Das erste und das zweite Dielektrikmaterial können derart gewählt sein, dass die hieraus gebildeten Dielektrikschichten jeweils aufgrund einer
Feldeffektwirkung und / oder aufgrund chemischer Passivierung die
Halbleitersubstrat-Oberfläche passivieren.
Bei dem Herstellungsverfahren kann es von Nutzen sein, vor dem Aufbringen der ersten Dielektrikschicht eine weitere Zwischenschicht auf die Oberfläche des Halbleitersubstrates aufzubringen. Ebenso kann es sinnvoll sein, zwischen den beiden Dielektrikschichten eine oder mehrere weitere Zwischenschichten vorzusehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass die erste Dielektrikschicht unmittelbar auf die Oberfläche des
Hableitersubstrats und / oder die zweite Dielektrikschicht unmittelbar auf die erste Dielektrikschicht aufgebracht wird. Insbesondere für eine chemische Passivierung der Oberfläche mittels der ersten Dielektrikschicht, sollte diese unmittelbar auf die Oberfläche aufgebracht sein. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste
Dielektrikschicht und / oder die zweite Dielektrikschicht mittels
Dünnschichtverfahren abgeschieden werden. Derartige Dünnschichtverfahren umfassen beispielsweise Abscheideverfahren wie CVD (chemical vapor deposition) und PVD (physical vapor deposition), Sputterverfahren,
Atomlagenabscheidung (ALD - atomic layer deposition) und dergleichen, wobei Abscheideverfahren mit oder ohne Plasma- Unterstützung angewandt werden können. Die Verwendung von Dünnschichtverfahren ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Beispielsweise kann eine der Dielektrikschichten oder können beide Dielektrikschichten mittels anderen geeigneten Auftragungsverfahren, wie zum Beispiel mittels Sol-Gel-Verfahren, aufgebracht werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der weitere Herstellungsschritt einen Feuerschritt umfasst. Zugleich ist die
Passivierungsdoppelschicht selbst derart stabil, dass sie ihre
Passivierungswirkung beibehält und anschließend als Passivierungsschicht und gegebenenfalls auch als Rückseitenspiegel auf der fertigen
Solarzellenoberfläche belassen wird. Bei dem Feuerschritt handelt es sich um einen Verfahrensschritt zum Einbrennen einer auf die Solarzelle aufgetragenen Metallpaste zur Erzeugung einer Metallkontaktschicht. Aufgrund der Stabilität und Robustheit der Passivierungsdoppelschicht kann die Metallpaste auch zumindest teilweise auf der Passivierungsdoppelschicht aufgetragen sein. In dieser Ausführungsform widersteht die Passivierungsdoppelschicht dem
Feuerschritt also sowohl mit als auch ohne das Vorhandensein von
Pastenmaterial auf der Passivierungsdoppelschicht. Mit anderen Worten, ist die Passivierungsdoppelschicht Feuerstabil und gleichzeitig gegen die Metallpaste stabil. Darüber hinaus garantiert sie eine ausreichende mechanische Haftung zwischen der Passivierungsdoppelschicht und der Metallpaste. Die
Maximaltemperaturen während eines solchen Feuerschritt betragen
typischerweise 800 bis 1000 Grad Celsius für einige Sekunden. Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass beim Aufbringen der ersten
Dielektrikschicht und / oder der zweiten Dielektrikschicht die Oberfläche des Hableitersubstrats eine Prozesstemperatur von etwa 600° C, vorzugsweise von etwa 500°C, eher bevorzugt von etwa 400°C, nicht überschreitet. Das
Aufbringen beziehungsweise Abscheiden einer oder vorzugsweise beider Dielektrikschichten bei derart niedrigen Temperaturen hat den Vorteil, dass hierdurch Prozesskosten gespart werden und gleichzeitig die Komplexität des Prozesses vermindert wird. Gleichzeitig werden auch geringere mechanische und physikalische Anforderungen an das Halbleitersubstrat und den sich bereits hierauf befindenden Schichten und Strukturen gestellt.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das erste Dielektrikmaterial Aluminiumoxid (insbesondere Al203) oder ein anderes Metalloxid umfasst und / oder das zweite Dielektrikmaterial Siliziumoxid (Si02), Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumoxinitrid (SiOxNy) oder Siliziumkarbid (SiCx) umfasst. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass in der allgemeinen Formel SiOxNy die speziellen Materialien Si02 und SiNx in der Regel mit umfasst sind.
Allerdings kann SiOxNy, ohne Berücksichtigung der speziellen Materialien Si02 und SiNx, als Dielektrikmaterial spezielle Vorteile aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das erste
Dielektrikmaterial Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder
Siliziumkarbid umfasst. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste
Dielektrikschicht und / oder die zweite Dielektrikschicht dotiert aufgebracht wird. Hierbei kann das Aufbringen, beispielsweise die Abscheidung aus einer Gasphase, derart vorgenommen werden, dass sich die jeweilige
Dielektrikschicht als dotierte Schicht auf der Halbleitersubstrat-Oberfläche ablagert. Beispielsweise kann hierzu ein Dotierstoff dem Reaktionsgas beigemischt werden. Alternativ kann die Dotierung der Dielektrikschicht nach ihrem Aufbringen auf die Oberfläche vorgenommen werden. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die zweite Dielektrikschicht derart aufgebracht wird, dass sie einen Wasserstoffanteil von zumindest 1 at% aufweist, vorzugsweise von zumindest 2 at%, eher bevorzugt von zumindest 5 at%. Nach dem Aufbringen der Passivierungsdoppelschicht, gegebenenfalls in einem weiteren Prozessschritt wie beispielsweise einem Temperschritt, kann der Wasserstoff teilweise in die erste Dielektrikschicht und bis zur Oberfläche des Halbleitersubstrats dringen und dort für eine verbesserte
Passivierungswirkung sorgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die
Passivierungsdoppelschicht nach dem Auftragen getempert wird. Es hat sich gezeigt, dass die Passivierwirkung der ersten Dielektrikschicht, genau wie die Passivierwirkung der Passivierungsdoppelschicht, nach einem Temperschritt wesentlich verbessert. Der Temperschritt, der zu einer derartigen
„Aktivierung" der Passivierwirkung führt, wird bevorzugt so gewählt, dass die Passivierungsdoppelschicht unter Stickstoff- oder einer anderen Gasatmosphäre einer Temperatur von mindestens 300° C für mindestens 5 min ausgesetzt wird, eher bevorzugt einer Temperatur von mindestens 350° C für mindestens 10 min, in einer bevorzugten Ausgestaltung einer Temperatur von zumindest 400° C einen Zeitraum von mehr als 10 min.
Bei hohen Temperaturen kann die Dauer des Temperschrittes auch verkürzt sein. Vorteilhafterweise erfolgt der Temperschritt bei einer Temperatur von etwa 400° C über etwa einer Minute oder kürzer. Kürzere Temperschritte sind wünschenswert und für die Aktivierung der Passivierwirkung auch realisierbar. Vorteilhafterweise erfolgt eine Aktivierung der ersten Dielektrikschicht
(beispielsweise aus Aluminiumoxid) schon mit der Abscheidung der zweiten Dielektrikschicht. Auf der einen Seite ist somit der Temperschritt vorteilhaft zur Verbesserung oder Aktivierung der Passivierwirkung der Passivierungsdoppelschicht aus erster Dielektrikschicht und zweiter Dielektrikschicht. Andererseits kann die Funktion der zweiten Dielektrikschicht als Ätzbarriere durch einen Temperschritt verbessert werden, indem durch den Temperschritt die Ätzrate der zweiten Dielektrikschicht in verschiedenen Ätzlösungen herabgesetzt wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Passivierungsdoppelschicht vor oder nach dem weiteren Herstellungsschritt strukturiert wird. Die
Passivierungsdoppelschicht kann beispielsweise als rückseitige Passivierung vorgesehen sein. In diesem Fall kann auf die Passivierungsdoppelschicht eine Kontaktierungsschicht vollflächig aufgetragen werden, welche über in der Passivierungsdoppelschicht gebildete Durchgangslöcher mit dem Solarzellen- Halbleitersubstrat elektrisch verbunden ist. Ferner kann die
Passivierungsdoppelschicht strukturiert werden, um nur in ausgewählten Teilbereichen als Barriereschicht zu wirken, sei es als Textur-, als Ätz- und / oder als Diffusionsbarriere. Dementsprechend würde eine Diffusion nur durch in der Passivierungsdoppelschicht gebildete Durchgangslöcher oder Durchgangsstrukturen hindurch erfolgen. Derartig strukturierte
Passivierungsdoppelschichten können verwendet werden, um Rückkontakt- Solarzellen herzustellen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei stellen die Fig. 1 bis 6 verschiedene Stadien einer Solarzelle bei seiner Herstellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dar. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 ein Halbleitersubstrat mit einer dotierten Oberfläche;
Fig. 2 das Halbleitersubstrat aus Fig. 1 mit einer Passivierungsdoppelschicht; Fig. 3 das Halbleitersubstrat aus Fig. 2 mit texturierter Vorderseite;
Fig. 4 das Halbleitersubstrat aus Fig. 3 nach einem Diffusionsschritt;
Fig. 5 das Halbleitersubstrat aus Fig. 4 mit einer Antireflexionsschicht; und Fig. 6 eine fertige Halbleitersolarzelle mit beidseitiger Metallisierung.
Die Fig. 1 bis 6 veranschaulichen mittels Querschnittsansichten schematisch die Herstellung einer Solarzelle mit einer Passivierungsdoppelschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die hier dargestellten Schichtstrukturen sind nicht in einem korrekten Maßstab wiedergegeben.
Zunächst wird gemäß der Fig. 1 ein Halbleitersubstrat 2 bereitgestellt. Auf einer Oberfläche 22 des Halbleitersubstrats 2, bei dem es sich um eine rückseitige Oberfläche handelt, ist eine Dotierschicht 21 mittels Diffusion von Bor oder mittels einer Implantation in das Halbleitermaterial gebildet. Diese Dotierschicht 21 ist optional, kann jedoch die rückseitige Kontaktierung der Solarzelle verbessern. Alternativ oder zusätzlich kann das gesamte
Halbleitersubstrat 2 mit Bor oder mit einem anderen geeigneten
Dotierungsmaterial vordotiert sein, um einen Basishalbleiter der späteren Solarzelle zu bilden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Halbleitersubstrat 2 handelt es sich um einen Halbleiterwafer. Eine Substratvorderseite 23 des Halbleitersubstrats 2 kann vorerst unbehandelt bleiben. Ferner muss das Halbleitersubstrat 2 gegebenenfalls von Sägeschäden befreit sein. Hierzu kann beispielsweise eine Ätzlösung verwendet werden. Darüber hinaus kann der Wafer zur Herstellung von EWT-(Emitter-Wrap-Through) oder MWT-Zellen (Metal-Wrap-Through) Durchgangslöcher aufweisen, welche z.B. mittels Laserstrahlverfahren realisiert werden.
Anschließend werden eine erste Dielektrikschicht 3 und eine zweite
Dielektrikschicht 4 auf die Oberfläche 22 des Halbleitersubstrats 2
abgeschieden, um eine Passivierungsdoppelschicht 3, 4 zu erzeugen. Das Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in der Fig. 2 dargestellt. Die erste Dielektrikschicht 3 umfasst beispielsweise Al203 und die zweite
Dielektrikschicht 4 SiOxNy. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die zweite Dielektrikschicht 4 einen relativ hohen Wasserstoffanteil aufweist. Die zweite Dielektrikschicht 4 aus SiOxNy wirkt in der Folge als eine Art Schutzschicht für die erste Dielektrikschicht 3 aus Al203. Alternativ kann eine umgekehrte Schichtfolge gewählt werden.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird die Substratvorderseite 23, welche bei der fertigen, in Fig. 6 dargestellten Halbleitersolarzelle 1 als Lichteinfallseite genutzt werden soll, mittels eines nasschemischen
Texturschrittes texturiert. Hierbei wirkt die Passivierungsdoppelschicht 3, 4 als Texturbarriere für die rückseitige Oberfläche 22 des Halbleitersubstrates 2. Das Ergebnis des Texturschrittes ist in der Fig. 3 als Pyramidstruktur auf der Substratvorderseite 23 schematisch dargestellt.
In einem anschließenden Diffusionsschritt wird auf der texturierten
Substratvorderseite 23 in einem Diffusionsschritt eine Diffusionsschicht 24 in dem Halbleitersubstrat 2 gebildet, was in der Fig. 4 dargestellt ist. Dies kann beispielsweise in einer Gasphasendiffusion mittels Phosphoroxychlorid (POCl3) oder Bortribromid (BBr3) als Diffusionsstoff erfolgen, aus der die
Diffusionsschicht 24 als Emitterschicht hervorgeht. Während der Diffusion können Temperaturen von bis zu 900° C vorherrschen. Die dotierte Schicht kann auch durch andere Techniken erfolgen als durch Gasphasendiffusion, z.B. durch Aufbringen dotierter Gläser mittels Spin-on oder Spray-on und anschließendem Erhitzen bzw. Eintreiben der Dotanden mittels Laser. Die
Passivierungsdoppelschicht 3, 4 wirkt als Diffusionsbarriere während des Diffusionsschrittes, um die rückseitige Oberfläche 22 des Halbleitersubstrates 2 vor einer Diffusion zu schützen.
Während des Diffusionsschrittes kann eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (PSG) entstehen, die mit einem anschließenden Ätzschritt entfernt werden muss. Dies kann entweder nasschemisch oder mit Hilfe eines Plasma unterstützten Ätzverfahrens erreicht werden. Als Ätzlösung kommt beispielsweise eine HF basierte Lösung in Betracht.
Wie in der Fig. 5 dargestellt, wird auf der Diffusionsschicht 24 der
Substratvorderseite 23 eine vorderseitige Antireflexionsschicht 6 beispielsweise aus Siliziumnitrid abgeschieden.
Schließlich wird die so hergestellte Halbleitersolarzelle 1 kontaktiert, indem beispielsweise eine Metallpaste vollflächig oder mittels Siebdruck oder ähnlicher Auftragungsverfahren vorder- und / oder rückseitig aufgebracht und die Halbleitersolarzelle 1 anschließend einem Feuerschritt unterzogen wird. Auf diese Weise entstehen eine Vorderseitenmetallisierung 7 als
Emitterkontakte und eine Rückseitenmetallisierung 8 als Basiskontakt. Die Rückseitenmetallisierung 8 ist über in der Passivierungsdoppelschicht 3, 4 gebildete Durchgangslöcher 5 mit dem Halbleitersubstrat 2 elektrisch verbunden. Die Dielektrikschichten 3, 4 der Passivierungsdoppelschicht 3, 4 sollten in diesem Fall so gewählt sein, dass die Passivierungswirkung auch nach einem derartigen Feuerschritt erhalten bleibt.
Bezugszeichenliste:
1 Halbleitersolarzelle
2 Hableitersubstrats
21 Dotierschicht
22 Oberfläche des Hableitersubstrats
23 Substratvorderseite
24 Diffusionsschicht
3 erste Dielektrikschicht
4 zweite Dielektrikschicht
5 Durchgangslöcher
6 Antireflexionsschicht
7 Vorderseitenmetallisierung
8 Rückseitenmetallisierung

Claims

Patentansprüche:
1 . Herstellungsverfahren einer Halbleitersolarzelle (1 ), umfassend die
folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (2) der Halbleitersolarzelle (1 );
- Erzeugen einer Passivierungsdoppelschicht (3, 4) auf einer Oberfläche (22) des Hableitersubstrats (2), indem eine erste Dielektrikschicht (3) aus einem ersten Dielektrikmaterial auf die Oberfläche (22) des
Hableitersubstrats (2) aufgebracht wird und auf die erste Dielektrikschicht
(3) eine zweite Dielektrikschicht (4) aus einem vom ersten
Dielektrikmaterial verschiedenen, zweiten Dielektrikmaterial aufgebracht wird; und
- einen weiteren Herstellungsschritt umfassend mindestens einen, zwei oder drei aus den folgenden Prozessschritten: ein Texturschritt, ein Diffusionsschritt und ein Ätzschritt, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des weiteren Herstellungsschrittes als Barriereschicht wirkt und das unmittelbar darunter liegende Halbleitersubstrat (2) schützt und wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) in der fertigen
Halbleitersolarzelle (1 ) als Passivierungsschicht dient.
2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) unmittelbar auf die Oberfläche (22) des
Hableitersubstrats (2) und / oder die zweite Dielektrikschicht (4) unmittelbar auf die erste Dielektrikschicht (3) aufgebracht wird.
3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) und / oder die zweite Dielektrikschicht
(4) mittels Dünnschichtverfahren abgeschieden werden.
4. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Herstellungsprozess einen Feuerschritt umfasst, wobei die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) während des
Feuerschritts ihre Passivierwirkung beibehält.
5. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen der ersten Dielektrikschicht (3) und / oder der zweiten Dielektrikschicht (4) die Oberfläche (22) des Halbleitersubstrats (2) eine Prozesstemperatur von etwa 600° C, vorzugsweise von etwa 500° C, eher bevorzugt von etwa 400° C, nicht überschreitet.
6. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dielektrikmaterial Aluminiumoxid oder ein anderes Metalloxid umfasst und / oder das zweite Dielektrikmaterial Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
7. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das erste Dielektrikmaterial Siliziumoxid,
Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Siliziumkarbid umfasst.
8. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dielektrikschicht (3) und / oder die zweite Dielektrikschicht (4) dotiert aufgebracht wird.
9. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Dielektrikschicht (4) derart aufgebracht wird, dass sie einen Wasserstoffanteil von zumindest 1 at% aufweist, vorzugsweise von zumindest 2 at%, eher bevorzugt von zumindest 5 at%.
10. Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) nach dem Auftragen getempert wird.
1 1 . Herstellungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsdoppelschicht (3, 4) vor oder nach dem weiteren Herstellungsschritt strukturiert wird.
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