DE102008020796A1

DE102008020796A1 - Rückseitenkontakt-Solarzelle und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102008020796A1
Application number: DE102008020796A
Authority: DE
Inventors: Karsten Von Maydell; Andreas Mohr; Dominik Huljic; Andreas Hubert
Original assignee: Q Cells SE
Current assignee: Q Cells SE
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Bei der Herstellung von Rückseitenkontakt-Solarzellen wird auf die abwechselnd mit p- und n-dotierten Bereichen (2, 3) ausgebildete Rückseite eines Halbleitersubstrats (1) eine Isolationsschicht (4, 5) aufgebracht und mit Kontaktöffnungen (7) entsprechend dem Verlauf der an der Rückseite vorgesehenen Metallkontakte (11, 12) versehen. Auf in die Kontaktöffnungen (7) eingebundene Saatschichtkontakte (20) wird galvanisch ein Leitermaterial (14) aufgetragen und mit einer lötbaren Außenschicht (15) abgedeckt. Die Saatschichtkontakte (20) können ein stromlos in den einzelnen Kontaktöffnungen (7) abgeschiedenes Kontaktmittel (9) umfassen oder in einer anderen Ausführungsform aus einem vollflächig aufgebrachten und anschließend im Bereich der pn-Übergänge (10) wieder entfernten Metallschichtsystem bestehen. Mit geringem Fertigungsaufwand können Rückseitenkontaktzellen mit zuverlässiger Isolierung von ineinander verschachtelten, jeweils an einen Bus angeschlossenen Metallkontaktfingern hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückseitenkontakt-Solarzelle, die auf der Rückseite eines Halbleitersubstrat eine Vielzahl von streifenförmigen, jeweils an pn-Übergängen aneinander grenzenden p-dotierten und n-dotierten Bereichen mit auf diesen ausgebildeten positiven und negativen, jeweils an einen gemeinsamen Sammelleiter angeschlossenen, ineinander verschachtelten Metallkontaktfingern umfasst, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Rückseitenkontakt-Solarzelle.
Bei einer Solarzelle wird die im Licht enthaltene Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Die in einem p- und n-dotierte Bereiche aufweisenden Halbleitersubstrat, vorzugsweise Siliziumwafer, aus Photonen erzeugten Ladungsträgerpaare (Elektronen und Löcher) werden durch ein am pn-Übergang erzeugtes elektrisches Feld in unterschiedliche Richtungen gelenkt und getrennt und schließlich über mit den p- und n-dotierten Emitter- und Basisbereichen verbundene Metallkontakte (Basis- und Emitterkontakte) einem an einen Verbraucher angeschlossenen Stromkreis zugeführt.
Neben den herkömmlichen Solarzellen mit an der der Lichtquelle zugewandten Vorderseite angeordnetem Emitterkontakt und an der dem Licht abgewandten Seite angeordnetem Basiskontakt sind auch Solarzellen bekannt, bei denen sowohl der Basiskontakt als auch der Emitterkontakt auf der Rückseite des Halbleitersubstrats ausgebildet sind. Derartige Rückseitenkontaktzellen zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine einfache Modulverschaltung sowie ein verbessertes ästhetisches Erscheinungsbild aus.
Schwierigkeiten bereitet hierbei jedoch die nur mit aufwendigen Maskierungs- und Ätzverfahren realisierbare exakte Trennung der an der Rückseite nebeneinander angeordneten positiv und negativ dotierten Bereiche bzw. der diesen jeweils zugeordneten Metallkontakte. Eine unzureichende elektrische Isolierung zwischen dem Basis- und dem Emitterkontakt führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrads der Solarzelle.
Die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Solarzellen mit an deren Rückseite ausgebildeten, fingerartig ausgebildeten und ineinander verschachtelten positiven und negativen Metallkontakten, die – elektrisch voneinander isoliert – nur mit den jeweiligen p- und n-Bereichen verbunden sind, ist mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden. Beispielsweise wird in der WO 2006/042698 A1 eine Rückseitenkontaktzelle mit an der Rückseite eines Halbleitersubstrats aneinander grenzenden positiv und negativ dotierten Emitter- und Basisbereichen beschrieben, die in einem Teilbereich jeweils mit einem Emitterkontakt und einem Basiskontakt verbunden sind. Am Übergangsbereich zwischen den Basis- und Emitterbereichen ist jeweils eine elektrisch isolierende Schicht ausgebildet und zur Erzeugung der Basis- und Emitterkontakte ist eine auf die Rückseite aufgebrachte Metallschicht jeweils durch einen oberhalb der Isolierschicht angeordneten Trennspalt unterbrochen. Die Herstellung der so ausgeführten Rückseitenkontaktzelle erfolgt in der Weise, dass nach Erzeugung der Emitter- und Basisbereiche an deren Übergangsbereichen auf der Substratrückseite jeweils isolierende Schichten ausgebildet und anschließend eine Metallschicht und eine Ätzbarrierenschicht aufgebracht werden. Nach dem Entfernen der Ätzbarrierenschicht oberhalb der Isolierschichten bzw. der Übergangsbereiche wird die Metallschicht oberhalb der Isolierschicht mäanderförmig entfernt, so dass eine Vielzahl von ineinander verschach telten, gegensinnig ineinander greifenden Basiskontakt- und Emitterkontaktfingern gebildet werden, die jeweils an den entgegen gesetzten Enden mit einem gemeinsamen Sammelleiter (Bus) verbunden sind.
Bei einem aus der DE 11 2004 000 600 T5 bekannten Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit an der Rückseite des Halbleitersubstrats fingerartig entgegengesetzt ineinander greifenden Basis- und Emitterkontakten werden auf der Rückseite des Halbleitersubstrats in unterschiedlicher Höhe abwechselnd p- und n-Bereiche erzeugt und mit einer Siliziumoxidschicht und einer jeweils im p- und im n-Bereich unterbrochenen Ätzbarriereschicht überzogen. Nach dem Entfernen der Siliziumoxidschicht im unterbrochenen Bereich und dem anschließenden Entfernen der Ätzbarriereschicht wird ein dreischichtiger Kernmetallstapel vollflächig und danach – nur in den Übergangsbereichen zwischen den p- und n-dotierten Bereichen ein Abscheidungsresist aufgebracht. Auf den verbleibenden freien Bereichen des Kernmetallstapels werden jetzt die einzelnen Basiskontakt und Emitterkontaktfinger galvanisch abgeschieden und anschließend werden das Abscheidungsresist und der Kernmetallstapel zwischen den einzelnen Kontakten wieder entfernt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit an deren Rückseite abwechselnd aneinander grenzenden p-dotierten und n- dotierten Bereichen und diesen jeweils zugeordneten Metallkontaktfingern zu entwickeln, das bei vermindertem Fertigungsaufwand eine einfache Strukturierung und sichere Trennung der im Wechsel angeordneten positiven und negativen Metallkontaktfinger gewährleistet, sowie eine gemäß dem Verfahren ausgebildete Rückseitenkontakt-Solarzelle anzugeben, die eine gute elektrische Isolie rung zwischen den Metallkontakten und damit einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 20 sowie einer gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 14 oder 29 ausgebildeten Rückseitenkontakt-Solarzelle gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung gemäß Anspruch 1 besteht darin, dass auf die abwechselnd p- und n-dotierte Rückseite eines Halbleitersubstrats eine Isolationsschicht oder Passivierungsschicht oder ein entsprechendes Schichtsystem aufgebracht wird und in dieser Schicht entsprechend dem Verlauf der auf der Rückseite auszubildenden Metallkontakte Kontaktöffnungen ausgebildet und mit einem Kontaktmittel gefüllt werden und auf der durch die separat angeordneten Kontaktmittel erzeugten, strukturierten Saatschicht zur Ausbildung der Metallkontakte ein Leitermaterial galvanisch abgeschieden wird. Die Herstellung der Metallkontakte, die jeweils an einen Sammelleiter angeschlossene, ineinander verschachtelte, positive und negative Metallkontaktfinger sein können, ist auf einfache Weise und mit geringem Aufwand möglich, da sich das Leitermaterial bei der galvanischen Abscheidung aufgrund der durch die vorgegebene Anordnung der separate Saatschichtkontakte bildenden Kontaktmittel selbstjustierend ausbilden und somit eine exakte Trennung der fingerförmigen, ineinander verschachtelten Metallkontakte gewährleistet ist.
In Ausgestaltung der Erfindung werden für jeden langgestreckten Metallkontakt in der Isolationsschicht jeweils zwei oder mehrere, nebeneinander verlaufenden Reihen von kreis- oder linienförmig gestalteten Saatschichtkontakten gebildet, wobei der Abstand zwischen den Saatschichtkontakten des betreffenden p- oder n-Bereichs kleiner, vorzugsweise um ein mehrfaches kleiner, als der geringste Abstand zwischen den Saatschichtkontakten von zwei benachbarten p- und n-Bereichen ist, so dass im Zeitpunkt der vollständigen Ausbildung der Metallkontakte noch ein ausreichender Abstand zu den benachbarten Metallkontakten besteht.
Die Kontaktöffnungen oder Saatschichtkontakte sind vorzugsweise kreis- oder linienförmig ausgebildet.
Das Kontaktmittel für die Saatschichtkontakte besteht vorzugsweise aus stromlos in den Kontaktöffnungen abgeschiedenem Nickel, das während der Abscheidung zwischenzeitlich getempert wird. Das als Leitermaterial für die Metallkontakte vorzugsweise vorgesehene Kupfer wird strominduziert galvanisch abgeschieden und mit einer lötbaren Außenschicht als Kupferdiffusionsbarriere abgedeckt.
Die Kontaktöffnungen in der auf die p- und n-dotierte Rückseite des Halbleitersubstrats (Siliziumwafer) aufgebrachten Isolationsschicht, die vorzugsweise aus einer Oxidpassivierungsschicht aus SiO₂ und einer Isolierschicht aus SiN besteht, werden durch Ätzverfahren und/oder Laserablation erzeugt.
Eine nach dem zuvor beschriebenen Verfahren ausgebildete Rückseitenkontakt-Solarzelle umfasst ein Halbleitersubstrat mit an dessen Rückseite ausgebildeten streifenförmigen p- und n-dotierten Bereichen und jeweils an einen Bus angeschlossenen positiven und negativen Metallkontakten, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat und den Metallkontakten eine Isolationsschicht befindet und die Metallkontakte über in der Isolationsschicht vorgesehene Kontaktmittel mit dem Halbleitersubstrat verbunden sind.
Gemäß einem noch anderen Verfahren zur Lösung der gestellten Aufgabe wird auf die mit Kontaktöffnungen entsprechend dem Verlauf der Metallkontakte versehene Passivierungsschicht zunächst eine die Kontaktöffnungen durchsetzende Kontaktschicht, danach eine Diffusionsbarriereschicht und anschließend eine Startschicht für die Galvanisierung aufgebracht. Dieses zunächst vollflächige Dreischichtsystem wird anschließend im Bereich der pn-Übergänge wieder entfernt, um auf den verbleibenden Saatschichtkontakten ein Leitermaterial zur Ausbildung von elektrisch voneinander isolierten Metallkontakten galvanisch abscheiden zu können. Auch mit diesem Verfahren können Rückseitenkontaktzellen mit auf engem Raum nebeneinander liegenden, jeweils an einen Bus angeschlossenen, sicher voneinander getrennten Metallkontaktfingern auf einfache Weise hergestellt werden.
Das Metallschichtsystem umfasst Al oder Ni für die Kontaktschicht; TiW, Ni, W, TiWN, WN oder Cr für die Diffusionsbarriereschicht; und Cu, Ni, NiV oder Ag für die Startschicht.
Die Ausbildung der Saatschichtkontakte aus dem Metallschichtsystem erfolgt durch Ätzen und/oder Laserablation entsprechend der vorgesehenen Anordnung der Metallkontakte.
Das auf den separat angeordneten Saatschichtkontakten abgeschiedene Leitermaterial kann Kupfer oder Aluminium sein, dessen freie Oberfläche mit einer lötbaren und als Diffusionsbarriere dienenden Schicht aus Zinn oder Nickel abgedeckt ist.
Die entsprechend der zweiten Verfahrensvariante ausgebildete Rückseitenkontaktzelle umfasst einen Siliziumwafer mit auf dessen p- und n-dotierter Rückseite ausgebildeter Passivierungsschicht und in diese entsprechend dem Verlauf der Metallkontakte eingebundenen, mit den jeweiligen p- und n-Bereichen verbundenen Saatschichtkontakten, auf denen das mit einer Außenschicht abgedeckte Leitermaterial für die jeweils an einen Bus angeschlossenen positiven und negativen Metallkontaktfinger angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in stark vergrößerter und schematischer Darstellung:
1 eine Schnittansicht eines Teils eines Siliziumwafers mit an dessen Rückseite ausgebildeten, aneinander grenzenden p- bzw. n-dotierten Streifen;
2 den Siliziumwafer gemäß 1 nach dem Aufbringen einer Isolationsschicht auf dessen Rückseite;
3 den Wafer nach 2 mit in der Isolationsschicht ausgebildeten Kontaktöffnungen;
4 den Wafer nach 3 mit in den Kontaktöffnungen abgeschiedenem Kontaktmittel;
5 den Wafer nach 4 nach der Ausbildung eines Metallkontaktes auf dem p- und dem n-Bereich;
6 eine Draufsicht auf ein Teilstückes der Waferrückseite mit einer Vielzahl kreisförmiger Kontaktöffnungen;
7 eine Draufsicht auf ein Teilstück der Waferrückseite mit in der Passivierungsschicht ausgebildeten linienförmigen Kontaktöffnungen; und
8 eine Draufsicht nach 6 nach Ausbildung der in den p- und in den n-Bereichen vorgesehenen, jeweils an einen Bus angeschlossenen fingerförmigen Metallkontakte;
9 eine Schnittansicht eines Teils eines Siliziumwafers gemäß 2, jedoch mit nur mittig in einer Passivierungsschicht positionierten Kontaktöffnungen;
10 den Wafer nach 9 mit einem auf der Passivierungsschicht abgeschiedenen Metallschichtsystem;
11 den Wafer gemäß 10 nach Strukturierung des Metallschichtsystems; und
12 den Wafer nach 11 nach dem galvanischen Abscheiden der Metallkontaktfinger auf dem jedem p- und n-Bereich separat zugeordneten Metallschichtsystem.
Gemäß der in den 1 bis 8 wiedergegebenen Ausführungsform werden an der dem einfallenden Licht abgewandten Rückseite eines hier als Siliziumwafer ausgebildeten Halbleitersubstrats 1 eine Vielzahl von aneinander grenzenden p-dotierten Bereichen 2 und n-dotierten Bereichen 3 erzeugt. In dem folgenden Verfahrensschritt (3) wird auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 zunächst eine – hier aus SiO₂ bestehende – Oxidpassivierungsschicht 4 abgeschieden, die im Betrieb der Solarzelle die Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 passivieren und ein Rekombinieren der Ladungsträger verhindern soll. Auf die Oxidpassivierungsschicht 4 wird anschließend eine HF-resistente und als Diffusionsbarriere gegen Kupferdiffusion dienende weitere Isolierschicht 5, die eine geringere Ätzrate als ein Oxid aufweist und in der vorliegenden Ausführungsform aus SiN besteht, aufgebracht.
Im nächsten Verfahrensschritt (3) werden durch Laserablation und/oder Oxidätze in der aus der Oxidpassivierungsschicht 4 und der Isolierschicht 5 bestehenden Isolationsschicht mehrere – hier vier – Kontaktöffnungsreihen 6 aus punktförmigen oder linienförmigen Kontaktöffnungen 7 ausgebildet. Die jeweils mehreren Kontaktöffnungsreihen 6 sind jedem p-dotierten und n-dotierten Bereich 2, 3 zugeordnet. Die 6 und 7 zeigen die beispielsweise als Punkte (Kreise) 7a in jeweils vier Kontaktöffnungsreihen 6 oder als Linien 7b in drei bzw. fünf Kontaktöffnungsreihen 6 gestalteten Kontaktöffnungen 7. Wie die 6 oder 7 weiterhin zeigen, schließen die Kontaktöffnungsreihen 6 im Wechsel der p- und n-dotierten Bereiche 2 und 3 jeweils an senkrecht zu diesen verlaufende, im Randbereich des Halbleitersubstrats 1 ausgebildete Kontaktöffnungsreihen 8 von weiteren punktförmigen Kontaktöffnungen 7a (6) oder an bereits ausgebildete Sammelleiter (7) an. Der Abstand S_L zwischen den benachbarten Kontaktöffnungen 7a, 7b von aneinander grenzenden p- und n-Bereichen 2, 3 beträgt ein Mehrfaches des zwischen den einzelnen Kontaktöffnungsreihen 6 desselben p- oder n-Bereichs bestehenden Abstandes S_R. Beispielsweise kann der Abstand S_R zwischen den etwa 10 μm breiten punkt-/kreisförmigen Kontaktöffnungen 7a in einer Kontaktöffnungsreihe 6 und zwischen den Reihen 30 μm betragen, während der Abstand S_L zwischen zwei im aneinander grenzenden p-Bereich 2 und n-Bereich 3 ausgebildeten äußeren Kontaktöffnungsreihen 6 beispielsweise 150 μm betragen kann.
Im nächsten Verfahrensschritt (4) werden die Kontaktöffnungen 7 (7a, 7b) mit einem Kontaktmittel 9 – hier durch stromloses galvanisches Abscheiden von Nickel – gefüllt, um auf diese Weise eine aus Saatschichtkontakten 20 bestehende strukturierte Saatschicht auszubilden. Zwischen zwei Nickelabscheidephasen wird zwischenzeitlich getempert, um einen möglichst guten Kontakt zwischen dem Kontaktmittel bzw. dem Saatschichtkontakt 20 und der Oberfläche (p- und n-dotierten Rückseite) des Halbleitersubstrats 1 zu erzielen. In Abhängigkeit von der Abscheidedauer kann das Kontaktmittel aus Nickel auch aus den Kontaktöffnungen 7 herauswachsen. Die Vielzahl von in den beabstandeten Kontaktöffnungen 7 angeordneten Saatschichtkontakten 20 bildet eine punkt- oder linienförmig strukturierte Saatschicht für die Ausbildung der erforderlichen Metallkontakte auf dem Halbleitersubstrat 1.
Anschließend wird auf der in den Kontaktöffnungen 7 der Reihen 6 und 8 ausgebildeten, linien- oder punktförmig strukturierten Saatschicht ein – hier aus Kupfer bestehendes – Leitermaterial 14 elektrogalvanisch abgeschieden, und zwar solange, bis das abgeschiedene Leitermaterial 14 zwischen den Kontaktöffnungen 7 bzw. Saatschichtkontakten 20 des jeweiligen p- oder n-dotierten Bereichs 2, 3 zusammengewachsen ist. Aufgrund des großen Abstandes S_L zwischen den äußeren Kontaktöffnungsreihen 6 von aneinander grenzenden p- und n-Bereichen, das heißt im Bereich der pn-Übergänge 10, kann das Leitermaterial 14 nach dem Zusammenwachsen auf einer strukturierten Saatschicht eines p- oder n-Bereich nicht mit dem Leitermaterial auf einem benachbarten p- oder n-Bereich zusammenwachsen, so dass an der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 auf den abwechselnd aufeinander folgenden p- und n-Bereichen jeweils selbstjustierend voneinander beabstandete positive und negative Metallkontaktfinger 11, 12 (Emitter- und Basiskontaktfinger) sowie mit diesen verbundene Sammelleiter 13 ausgebildet werden. Auf dem Leitermaterial 14 der Metallkontaktfinger 11, 12 und Sammelleiter 13 wird anschließend eine Zinnschicht elektrogalvanisch abgeschieden, so dass eine lötbare Außenschicht 15 gebildet wird und das aus Kupfer bestehende Leitermaterial 14 nicht wegdiffundieren kann. Beim Abscheiden des Leitermaterials 14 auf einer punktförmig strukturierten Saatschicht (6) muss eine Spannung zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und einer Anode (nicht dargestellt) angelegt werden. Im Falle einer linienförmig strukturierten Saatschicht (7), die sich bis zu den Sammelleitern 13 erstreckt, wird an den bestehenden Sammelleitern 13 ein Kontakt befestigt, der die Metallschicht gegenüber der Anode auf ein Potenzial legt, so dass die Abscheidung von Kupfer und Zinn mittels strominduzierter Galvanik stattfinden kann.
Eine gemäß dem anhand der 1 bis 8 beschriebenen Verfahren hergestellte Rückseitenkontaktzelle zeichnet sich durch eine exakte und sichere räumliche Trennung und elektrische Isolierung der den p-dotierten und n-dotierten Bereichen 2, 3 zugeordneten Metallkontaktfinger 11, 12 aus. Diese exakte räumliche Trennung wird durch die Ausbildung einer speziellen Saatschicht erreicht, die von in bestimmtem Abstand S_L, S_R angeordneten, in Kontaktöffnungen 7 einer Passivierungs- und Isolierschicht 4, 5 ausgebildeten Saatschichtkontakten 20 gebildet ist. Der Abstand zwischen den die jeweilige Saatschicht auf einem p- oder n-Gebiet bildenden Saatschichtkontakten 20 und der um ein Mehrfaches größere Abstand im Bereich des pn-Übergangs 10 zwischen den jeweils benachbarten Saatschichtkontakten 20 aneinander grenzender p- und n-Bereiche 2, 3 verhindert beim galvanischen Zusammenwachsen der einzelnen Metallkontaktfinger auf der Saatschicht des jeweiligen p- oder n-Bereichs, dass diese nach ihrer vollständigen Ausbildung mit anderen – benachbarten – Metallkontaktfingern zusammenwachsen. Die Strukturierung der Metallkontaktfinger ist zudem einfach, da diese sich während des galvanischen Auftragens des Leitermaterials 14 eigenständig ausbilden und nicht nachträglich strukturiert werden müssen und lediglich die Kontaktöffnungen in der Isolationsschicht zur Ausbildung der strukturierten Saatschicht (Saatschichtkontakte) hergestellt werden müssen.
Gemäß einer weiteren, in den 9 bis 12 wiedergegebenen Ausführungsvariante zur einfachen Herstellung und sicheren Trennung und Isolierung der auf der Rückseite einer Solarzelle vorgesehenen, ineinander verschachtelten positiven und negativen Metallkontaktfinger 11, 12 sind in einer auf den p- und n-dotierten Bereichen 2, 3 an der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 abgeschiedenen Passivierungsschicht (Isolationsschicht) 4 jeweils mittig über den p- und n-Bereichen 2, 3 sich nur in nur einer Reihe 6 erstreckende Kontaktöffnungen 7 ausgebildet. Die hier einschichtig dargestellte dielektrische Passivierungsschicht 4 kann, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, auch als dielektrisches Passivierungsschichtsystem ausgebildet sein.
In dem darauf folgenden Verfahrensschritt wird auf die so vorbereitete Rückseite des Halbleitersubstrats 1 ein als Saatschicht für die spätere galvanische Ausbildung der Metallkontaktfinger 11, 12 dienendes Metallschichtsystem 16 aufgebracht. Das Metallschichtsystem 16 umfasst eine Kontaktschicht 17, durch die über die Kontaktöffnungen 7 eine leitende Verbindung mit dem p- bzw. n-dotierten Halbleitersubstrat 1 hergestellt wird, eine Diffusionsbarriereschicht 18 zur Vermeidung einer Diffusion des für die Metallkontaktfinger eingesetzten Leitermaterials 14 und eine Startschicht 19 für die galvanische Abscheidung des Leitermaterials 14.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht die Kontaktschicht 17 aus Al, die Diffusionsbarriereschicht 18 aus TiW und die Startschicht 19 aus Cu. Darüber hinaus kann als Kontaktschicht auch Ni, als Diffusionsbarriereschicht auch Ni, W, TiWN, WN oder Cr und als Startschicht auch Ni, NiV oder Ag eingesetzt werden. Die Dicke der Saatschicht (Metallschichtsystem 16) liegt etwa zwischen 300 und 400 nm. Wenn das Metallschichtsystem 16 jedoch nur aus Nickel besteht, ist eine Saatschichtdicke von etwa 2 μm erforderlich.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das Metallschichtsystem 16 – bzw. die nur aus Nickel bestehende Saatschicht – in einem zwischen den Kontaktöffnungen 7 liegenden Bereich (Bereich des pn-Übergangs 10) durch Ätzen oder Laserablation oder andere geeignete Maßnahmen entfernt, so dass die p- und n-Bereiche 2, 3 elektrisch voneinander isoliert sind. Mit den auf diese Weise erzeugten Saatschichtkontakten 20 ist der Verlauf und die Form der anschließend auf diesen durch galvanische Abscheidung erzeugten Metallfingerkontakte 11, 12 auf den p- und n-dotierten Bereichen 2, 3 definiert und können gleichermaßen auch im Randbereich des Halbleitersubstrats 1 vorgesehene Sammelleiter 13 (Busbars), an die die jeweils positiven und negativen Metallkontaktfinger 11, 12 angeschlossen sind, hergestellt werden.
Die Herstellung der Metallkontaktfinger 11, 12 und der mit diesen verbundenen Sammelleiter 13 erfolgt nun durch strominduziertes oder stromloses galvanisches Abscheiden eines Leitermaterials 14 – hier Kupfer – auf den Saatschichtkontakten 20. Möglich ist auch die Abscheidung von Aluminium als Leitermaterial aus einem metallorganischen Bad. Anschließend wird auf dem Leitermaterial 14 eine lötbare Außenschicht 15 galvanisch abgeschieden, die aus Zinn oder Zinnverbindungen oder auch aus Nickel bestehen kann.
Auch die im zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Verfahrensvariante erlaubt eine einfache Herstellung und exakt strukturierte Trennung der an der Rückseite der Solarzelle vorgesehenen, ineinander verschachtelten negativen und positiven Metallkontaktfinger 11, 12. Die Kontakttrennung bzw. Strukturierung der Metallkontakte liegt auch hier vor der galvanischen Abscheidung des Leitermaterials, das auf einer strukturierten Saatschicht (Saatschichtkontakte 20) abgeschieden wird.

1: Halbleitersubstrat, Siliziumwafer
2: p-dotierter Bereich, Emitterbereich
3: n-dotierter Bereich, Basisbereich
4: Passivierungsschicht, Oxidpassivierungsschicht
5: weitere Isolierschicht
6: Reihen aus Kontaktöffnungen für Metallkontaktfinger
7: Kontaktöffnungen in 4, 5
7a: punkt-/kreisförmige Kontaktöffnungen
7b: linienförmige Kontaktöffnungen
8: Reihen aus Kontaktöffnungen für Sammelleiter
9: Kontaktmittel für Saatschichtkontakt, strukturierte Saatschicht
10: pn-Übergang
11: pos. Metallkontaktfinger
12: neg. Metallkontaktfinger
13: Sammelleiter, Bus
14: Leitermaterial
15: lötbare Außenschicht
16: Metallschichtsystem
17: Kontaktschicht
18: Diffusionsbarriereschicht
19: Startschicht
20: mehrteiliger Saatschichtkontakt
SL: Abstand zwischen Saatschichtkontakten, Kontaktöffnungen benachbarter p- und n-Bereiche
SR: Abstand zwischen Saatschichtkontakten, Kontaktöffnungen desselben p- oder n-Bereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/042698 A1 [0005]
- DE 112004000600 T5 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Rückseitenkontakt-Solarzelle, bei dem an der Rückseite eines Halbleitersubstrats (1) eine Vielzahl abwechselnd aneinander grenzender p- und n-dotierter Bereiche erzeugt wird und auf die so ausgebildete Rückseite eine metallische Saatschicht aufgebracht wird, auf der den p- und n-Bereichen separat zugeordnete Metallkontakte galvanisch abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf die p- und n-dotierte Rückseite eine Isolationsschicht aufgebracht wird und in dieser entsprechend dem Verlauf der Metallkontakte angeordnete Reihen von Kontaktöffnungen (7) ausgebildet und zur Erzeugung von separaten Saatschichtkontakten (20) mit einem Kontaktmittel gefüllt werden, und auf der so strukturierten Saatschicht zur selbstjustierend räumlich getrennten Ausbildung der Metallkontakte ein Leitermaterial (14) – begrenzt durch die vorgegebene Saatschichtstruktur – galvanisch abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den p- und n-Bereichen jeweils zwei oder mehrere in deren Längsrichtung verlaufende Reihen von Saatschichtkontakten (20) gebildet werden, wobei der Abstand (S_R) zwischen den Saatschichtkontakten desselben p- oder n-Bereichs kleiner als der Abstand (S_L) zwischen den außen liegenden Saatschichtkontakten (20) von benachbarten p- und n-Bereichen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkontakte den p- und n-Bereichen zu geordnete positive und negative, ineinander verschachtelte und jeweils an einen gemeinsamen Sammelleiter angeschlossene Metallkontaktfinger (11, 12) sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkontakte als Sammelleiter (13) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktöffnungen oder Saatschichtkontakte kreis- oder linienförmig ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel (9) für die Saatschichtkontakte (20) aus Nickel besteht und stromlos galvanisch in den Kontaktöffnungen (7) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel schrittweise abgeschieden und zwischenzeitlich getempert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermaterial (14) für die Metallkontakte aus strominduziert galvanisch abgeschiedenem Kupfer besteht, auf dem eine als Kupferdiffusionsbarriere dienende, lötbare Außenschicht (15) galvanisch abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lötbare Außenschicht aus Zinn besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht zweischichtig auf die dotierte Rückseite des Halbleitersubstrats (1) auf getragen wird, wobei zunächst eine Oxidpassivierungsschicht (4) und anschließend eine als Diffusionsbarriere für das Leitermaterial dienende Isolierschicht (5), die eine geringere Ätzrate als ein Oxid aufweist, aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidpassivierungsschicht (4) aus SiO₂ und die Isolierschicht (5) aus SiN besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktöffnungen (7) in der Isolationsschicht durch Laserablation und/oder Ätzverfahren erzeugt werden.
Rückseitenkontakt-Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, die auf der dem Licht abgewandten Rückseite eines Halbleitersubstrats (1) eine Vielzahl streifenförmiger, jeweils in pn-Übergängen (10) aneinander grenzender p-dotierter und n-dotierter Bereiche (2, 3) mit auf diesen ausgebildeten, jeweils an einen Sammelleiter (13) angeschlossenen, ineinander verschachtelten positiven und negativen Metallkontaktfingern (11, 12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und den Metallkontaktfingern (11, 12) und Sammelleitern (13) eine Isolationsschicht (4, 5) angeordnet ist und die Metallkontaktfinger (11, 12) und Sammelleiter (13) über ein in einer Vielzahl von in der Isolationsschicht ausgebildeten Kontaktöffnungen (7) angeordnetes Kontaktmittel (9) leitend mit den p- oder n-dotierten Bereichen (2, 3) des Halbleitersubstrats (1) verbunden sind.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die das Kontaktmittel (9) aufnehmenden Kontaktöffnungen (7) kreis- oder linienförmig ausgebildet sind und jedem Metallkontaktfinger (11, 12) und Sammelleiter (13) zwei oder mehrere Reihen (6, 8) von Kontaktmitteln (9) zugeordnet sind.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (9) aus Nickel bestehen.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht zweischichtig ausgebildet ist und eine als Diffusionsbarriere für das Leitermaterial der Metallkontakte dienende, die Rückseite des Halbleitersubstrats (1) flächig kontaktierende Isolierschicht (5) mit einer geringeren Ätzrate als ein Oxid und eine auf dieser ausgebildete Oxidpassivierungsschicht (4) umfasst.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidpassivierungsschicht (4) aus SiO₂ und die Isolierschicht (5) aus SiN besteht.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkontaktfinger (11, 12) und Sammelleiter (13) aus Kupfer mit einer Außenschicht aus Zinn oder Zinnverbindungen bestehen.
Verfahren zur Herstellung einer Rückseitenkontakt-Solarzelle, bei dem an der Rückseite eines Halbleitersubstrats (1) eine Vielzahl abwechselnd aneinan der grenzender p- und n-dotierter Bereiche erzeugt wird und auf die so ausgebildete Rückseite eine metallische Saatschicht aufgebracht wird, auf der den p- und n-Bereichen separat zugeordnete Metallkontakte galvanisch abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf die p- und n-dotierte Rückseite eine dielektrische Passivierungsschicht oder ein dielektrisches Passivierungsschichtsystem aufgebracht wird und anschließend darin entsprechend dem Verlauf der Metallkontakte angeordnete Reihen von Kontaktöffnungen (7) ausgebildet werden; und auf die so ausgebildete Passivierungsschicht (4) zunächst eine auch die Kontaktöffnungen durchsetzende Kontaktschicht (17), danach eine Diffusionsbarriereschicht (18) und anschließend eine Startschicht (19) für eine galvanische Beschichtung aufgebracht wird und das so ausgebildete Metallschichtsystem (16) im Bereich der pn-Übergänge (10) wieder entfernt wird, und auf den verbleibenden, voneinander isolierten dreischichtigen Saatschichtkontakten (20) ein Leitermaterial (14) zur Ausbildung der Metallkontakte galvanisch abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschicht Al oder Ni umfasst, die Diffusionsbarriereschicht TiW oder Ni oder W oder TiWN oder W oder Cr umfasst und die Startschicht für die Galvanik Cu oder Ni oder NiV oder Ag umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallschichtsystem (16) durch Laserablation oder Ätzverfahren entsprechend der Anordnung der Saatschichtkontakte (20) oder dem jeweiligen Verlauf der Metallkontakte auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (1) abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der nach dem partiellen Abtragen des Metallschichtsystems (16) zwischen den Saatschichtkontakten (20) verbleibende Abstand größer als die an zwei Seitenflächen der Saatschichtkontakte maximal abgeschiedene Materialdicke ist, so dass benachbarte Metallkontakte selbstjustierend nicht zusammenwachsen können und elektrisch isoliert sind.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Saatschichtkontakten (20) abgeschiedene Leitermaterial Kupfer ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Saatschichtkontakten (20) abgeschiedene Leitermaterial aus einem metallorganischen Bad abgeschiedenes Aluminium ist.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Leitermaterial (14) eine lötbare und als Diffusionsbarriere dienende Außenschicht (15) galvanisch aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschicht (15) aus Zinn oder Zinnverbindungen oder Nickel besteht.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Saatschichtkontakte (20) so angeordnet werden, dass beim galvanischen Abscheiden des Leitermaterials ineinander verschachtelte positive und negative Metallkontaktfinger (11, 12) und mit die sen verbundene Sammelleiter (13) ausgebildet werden.
Rückseitenkontakt-Solarzelle, hergestellt gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, die auf der dem Licht abgewandten Rückseite eines Halbleitersubstrats (1) eine Vielzahl streifenförmiger, jeweils in pn-Übergängen (10) aneinander grenzender p-dotierter und n-dotierter Bereiche (2, 3) mit auf diesen ausgebildeten, jeweils an einen Sammelleiter (13) angeschlossenen, ineinander verschachtelten positiven und negativen Metallkontaktfingern (11, 12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und den Metallkontaktfingern (11, 12) und Sammelleitern (13) ein/e dielektrische/s Passivierungsschicht/system (4) angeordnet ist und die Metallkontaktfinger (11, 12) und Sammelleiter (13) von einem auf Saatschichtkontakten (20) abgeschiedenen Leitermaterial (14) gebildet sind, wobei die Saatschichtkontakte (20) eine über in der Passivierungsschicht (4) ausgebildete Kontaktöffnungen (7) mit dem Halbleitersubstrat verbundene Kontaktschicht (17), eine Diffusionsbarriereschicht (18) für das Leitermaterial (14) und eine Startschicht (19) für die Galvanisierung des Leitermaterials (14) umfasst.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermaterial (14) aus Kupfer oder Aluminium besteht.
Rückseitenkontakt-Solarzelle nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitermaterial (14) mit einer lötfähigen und als Diffusionsbarriere dienenden Außenschicht (15) aus Zinn oder Zinnverbindungen oder Nickel abgedeckt ist.