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EP2412008A1 - Method for producing solar cells having selective emitter - Google Patents

Method for producing solar cells having selective emitter

Info

Publication number
EP2412008A1
EP2412008A1 EP10711215A EP10711215A EP2412008A1 EP 2412008 A1 EP2412008 A1 EP 2412008A1 EP 10711215 A EP10711215 A EP 10711215A EP 10711215 A EP10711215 A EP 10711215A EP 2412008 A1 EP2412008 A1 EP 2412008A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffusion
wafer
doping source
etching
emitter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10711215A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Tobias Wuetherich
Jan Lossen
Mathias Weiss
Karsten Meyer
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Ersol Solar Energy AG
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 Ersol Solar Energy AG filed Critical Ersol Solar Energy AG
Publication of EP2412008A1 publication Critical patent/EP2412008A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2251—Diffusion into or out of group IV semiconductors
    • H01L21/2254—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides
    • H01L21/2255—Diffusion into or out of group IV semiconductors from or through or into an applied layer, e.g. photoresist, nitrides the applied layer comprising oxides only, e.g. P2O5, PSG, H3BO3, doped oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
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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 process for the production of solar cells with selective emitter.
  • One way of producing selective emitter structures is first of all to apply a diffusion mask, to open it at the desired locations, for example by printing an etching paste on certain areas or by laser ablation, in order then to carry out a high degree of diffusion into the volume of the wafer. Then the mask is to be removed and over the entire surface to realize a further diffusion with the aim of forming portions of lower doping.
  • a weak diffusion is carried out.
  • AU 570 309 it is known first to perform a weak diffusion on the wafers over the entire surface. Subsequently, a very dense silicon nitride layer is applied by means of an LPCVD step, which serves both as a mask and later takes on the function of the anti-reflection layer. Trenches are then cut into the substrate by means of lasers. In these trenches into a strong doping is then made. The trenches in turn are subsequently metallized by nickel-copper-tin plating.
  • a method for manufacturing a silicon solar cell with a selective emitter is previously known.
  • a planar emitter is produced on a surface of the substrate.
  • This step is followed by an etching of the emitter surface in non-covered by the etching barrier second portions.
  • metal contacts are produced at the first subareas.
  • a porous silicon layer is formed, which is subsequently oxidizable. This oxidized porous silicon layer can subsequently be etched away together with optionally existing phosphorus glass. Using known screen printing and etching techniques, this method is said to be compatible with current industrial manufacturing equipment.
  • the relevant idea is to first produce an emitter on at least one surface of a solar cell substrate with a homogeneous doping concentration high enough that it is suitable for contacting in the later screen printing process is.
  • first subregions of the already existing emitter surface are protected by an etching barrier.
  • the unprotected areas are subject to the Etching step, so that the thickness of the emitter is reduced in the mentioned areas, with the result that in these second partial areas, an emitter is formed with an increased sheet resistance.
  • a planar emitter is produced on a surface of a solar cell substrate. Subsequently, a layer of porous silicon is created, which is then selectively subject to etching back.
  • any desired methods can be used according to DE 10 2007 062 750 A1. For example, it is possible to form the planar emitter by means of a POCl 3 - Gasphase ⁇ diffus ⁇ on by diffusing phosphorus from a hot gas phase in the surface of the substrate.
  • the parameters when generating the flat emitter should be selected so that preferably sets an emitter layer resistance of less than 60 ⁇ / D.
  • An etching barrier is applied to the created first subregions of the front surface of the substrate. The etch barrier protects the underlying first portions of the emitter surface from the etchant.
  • the emitter surface is etched down so strongly in the etching step in the second subregions until a desired high sheet resistance of, for example, more than 60 ⁇ / D is stiffened in the remaining emitter layer.
  • the sheet resistance is checked by measurement in order to be able to cancel the etching process in a targeted manner.
  • an additional step takes place with regard to the production of the mentioned porous silicon layer.
  • This process step takes place after the deposition of the etching barrier at the second partial regions of the emitter surface of the substrate which are not covered by the etching barrier.
  • an etching process which leads to the formation of an at least partially porous silicon layer. This porous Siiizium Mrs is oxidized at a later process step.
  • the photovoltaic cell with two or more selectively diffused regions assumes that the selective regions are produced by means of a single diffusion step.
  • a screen printing of solid-based dopant pastes is assumed in order to then form the diffusion regions with a first high-temperature heat-curing step.
  • a second high-temperature heat treatment step is performed.
  • Homogeneous emitters as they are usually used in industrial manufacturing so far, have relatively poor optical and electronic properties. In order to achieve a sufficiently low contact resistance, much more doping is required than is necessary for a sufficient electrical function per se. The too high doping is noticeable as too high emitter saturation current, which has a negative influence on the open clamping voltage and the filling factor. Due to the low charge carrier lifetime in the highly doped emitter, charge carriers generated there can not be separated, which leads to a reduction in the short-circuit current and ultimately results in a reduced efficiency of the solar cell.
  • the proposed methods for producing selective emitters avoid the abovementioned disadvantages at least occasionally, but are not suitable for cost-effective industrial implementation for various reasons.
  • a mask to open the area to be contacted later is less economical in that more than 80% of the area to be covered with an etching mask, such as an etching varnish, which also leads to high costs.
  • the opening with a screen-applied etching paste or by laser ablation on the one hand entails an increased safety expenditure when using aggressive paste materials and on the other hand a strong damage to the surface during treatment by laser ablation.
  • the solution according to DE 10 2007 035 068 Al reduces the need for Abdecklack.
  • the disadvantage is that the sheet resistance in the low-doped region is produced by back etching.
  • the etching processes outlined there are not self-limiting. Inhomogeneities of the etching bath such as temperature, concentration of the etching medium or the degradation products therefore lead to an inhomogeneity of the sheet resistance, which adversely affects the cell efficiency.
  • the etching solutions necessary there are extremely aggressive, which makes it difficult to choose a suitable masking varnish.
  • the emitter profile produced after etchback still has too high a surface concentration of the dopant, resulting in an undesirably high emitter saturation current.
  • the wafers on their front side can have texturing carried out in a manner known per se. Under front side is here to understand the side that is exposed to the solar cell during later use of the solar cell.
  • the wafer treated in this way is then provided with a full-surface doping source. During the application of the full-area doping source and subsequently thereto, an easy, first introduction of the dopant is achieved until a first sheet resistance region is reached.
  • the doping source is patterned, wherein as a result of the structuring only those areas remain which substantially correspond to the sections to be contacted later on the wafer or by a deliberately predetermined small amount are larger than these contact portions.
  • the doping source preferably comprises phosphosilicate glass (PSG).
  • PSG phosphosilicate glass
  • the first sheet resistance range is after completion of the two diffusions at substantially 100 to 300 ⁇ / D.
  • the second layer resistance region for the emitter section below the later contacts is between 30 ⁇ / D and less than 100 ⁇ / D.
  • the structuring of the doping source takes place in that etching-resistant masking is applied to the areas to be left, with subsequent execution of the etching step.
  • the masking may be formed by screen printing, stencil printing, hot melt screen printing, ink jet printing, dispensing, aerosol printing, hot melt ink jet printing or the like.
  • the etching mask is removed.
  • the etching process can be carried out wet-chemically or under plasma or plasma-assisted, wherein after the etching step the masking layer and any residues are stripped or ashed by creating an oxygen plasma.
  • oxidation of the surface of the wafer is possible in order to bring about a further lowering of the surface concentration as well as an injection of interstitial oxygen atoms into the wafer.
  • the figure shows a basic sequence of steps a) to f) with the aim of forming a selective emitter by structuring the doping source to the front side metallization, wherein the processing of the back can be done by any method of the prior art.
  • a doping source e.g. Phosphosilicate glass (PSG) applied and slightly diffused (Fig. Ia)).
  • PSG Phosphosilicate glass
  • Fig. Ia The silicon wafer is here provided with reference numeral 1 and the full-surface applied diffusion source with the reference numeral 2.
  • the slightly diffused region is indicated by the reference numeral 5.
  • a sheet resistance between 100 and 200 ⁇ / ⁇ is set.
  • This can be done in a combined process step of gas phase diffusion, e.g. Phosphoroxyl chloride (POCb) and heat treatment done, for example in a quartz tube furnace.
  • gas phase diffusion e.g. Phosphoroxyl chloride (POCb)
  • heat treatment done, for example in a quartz tube furnace.
  • the doping source eg PSG
  • APCVD Atmospheric Plasma Chemical Vapor Deposition
  • the applied full-surface diffusion source 2 is structured, so that strip-shaped regions 3 remain, as shown in FIG. Ib) greatly simplified.
  • the structuring of the doping source takes place in such a way that the area which is to be electrically later contacted is still covered by the source material, but all other areas are no longer covered.
  • the source material may also be left slightly above or below this later contact area.
  • the above-mentioned structuring of the doping or diffusion source can be achieved by various methods.
  • etch-resistant layer include, but are not limited to, organic, dry-crosslinking paints, waxy organic materials, UV-curing paints, as well as silicon-oxide-nitride films prepared by annealing starting materials of this type.
  • the masking areas or sections may be realized by screen printing, stencil printing, hot melt screen printing, ink jet printing, hot melt ink jet printing, dispensing, aerosol printing or the like.
  • the diffusion source is removed by etching, wherein here advantageously an etching medium is selected, which etches the diffusion source with a high selectivity with respect to the silicon-based material of the wafer.
  • acids with the same property can be used in a wet-chemical etching.
  • a plasma step in the sense of dry etching can also be used.
  • fluorine ion-based etching processes eg with CF 4 , have a selectivity necessary for the PSG layer removal.
  • the masking layer is removed. This can then be done in the same etching plant in which the diffusion source was removed.
  • Organic layers can be removed wet-chemically by suitable stripper solutions. Silicon oxide-nitride layers can be etched with phosphoric acid.
  • etching pastes in the areas in which the swelling layer is to be removed, or the dry etching by etching masks.
  • the surface passivation can be performed more effectively at a lower doping concentration at the surface.
  • the diffusion may e.g. by temperature treatment in a quartz tube furnace or in a continuous furnace.
  • an additional oxidation of the swelling layer and the Banlsch ⁇ cht-free surface can be done. This allows a further reduction of the surface concentration.
  • the oxidation can also accelerate the diffusion.
  • Fig. Id shows the situation after the removal of the remaining diffusion sources.
  • Fig. Ie symbolically represents an applied antireflection layer 6.
  • the preparation of the antireflection layer 6, the implementation of the edge insulation and the production of the metallization contacts 7 can be carried out by different methods known per se.
  • care must be taken to ensure that the intended contact areas (heavy doping 4) are maintained.
  • the emitter can passivate better. This and the cheaper doping profile reduce the emitter saturation current, which in turn increases the no-load voltage of the solar cell. Finally, the contact resistance of the front side metallization to the emitter can be reduced.
  • the method described is characterized by a particular simplicity and manageable process management. Only a small part of the surface of the wafer needs to be masked, so less masking material is needed.
  • a variety of readily controllable materials comes into question.
  • the etching of e.g. PSG as Dot ⁇ eretti can be carried out with hydrofluoric acid in a very cost-effective manner and easily controlled.
  • the mentioned diffusion processes are relatively short and feasible at moderate temperatures. This saves energy and allows the process to be used on a wide range of silicon feedstock and wafers made from it. This also applies to wafers in which an excessively high temperature budget would lead to a reduction in the service life.

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Abstract

The invention relates to a method for producing solar cells having a selective emitter. Wafers (1) having no saw damage are first provided. A full-surface application of a doping source (2) to the wafer and a light, first inward diffusion of the dopant are then carried out until a first film resistor region is obtained. The applied doping source is then structured, wherein only those regions (4) remain as a result of the structuring that substantially correspond to the sections on the wafer to be contacted later. Another, second diffusion from the remaining regions of the doping source into the wafer volume is then carried out until a second film resistor region for the selective emitter (4) and a simultaneous redistribution of the dopant (5) introduced during the first diffusion are obtained, having the goal of lowering the dopant concentration in the region near the surface that is no longer covered by the doping source, under the condition that the film resistor values of the first film resistor region are larger than those of the second film resistor region.

Description

Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter Process for the production of solar cells with selective emitter
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter.The invention relates to a process for the production of solar cells with selective emitter.
Derzeit werden industriell Solarzellen im sogenannten Firing-Through-SiNx- Verfahren hergestellt. Dabei wird auf der Zellvorderseite durch Diffusion von Phosphor ein homogener Emitter mit einem Schicht- bzw. Flächenwiderstand im Bereich von 40 bis 80 Ω/D erzeugt. Auf dieser Schicht wird eine weitere Schicht aus Siliziumnitrid abgeschieden, welche der Passivierung und Verminderung der Reflexion dient. Anschließend wird ein Kontaktgitter aus Silberpaste aufgebracht. In einem Sinterschritt wird die vorerwähnte Paste eingebrannt. Spezielle Bestandteile in der Silberpaste ermöglichen die Ausbildung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Kontaktgitter und dem eigentlichen Emitter. Ein Nachteil dieser Art der Kontaktausbildung ist die Notwendigkeit einer sehr hohen Dotierung des Emitters, um einen ausreichend geringen Kontaktwiderstand zu realisieren. Dies wiederum hat in den Gebieten zwischen den ausgebildeten Kontaktfingern hohe Verluste durch Rekombination der Ladungsträger zur Folge.At present, industrial solar cells are produced in the firing-through SiNx process. In this case, a homogeneous emitter with a layer or sheet resistance in the range of 40 to 80 Ω / D is generated on the cell front side by diffusion of phosphorus. On this layer, a further layer of silicon nitride is deposited, which serves to passivate and reduce the reflection. Subsequently, a contact grid of silver paste is applied. In a sintering step, the aforementioned paste is baked. Special ingredients in the silver paste allow the formation of an electrical contact between the contact grid and the actual emitter. A disadvantage of this type of contact formation is the need for a very high doping of the emitter in order to realize a sufficiently low contact resistance. This in turn has high losses in the areas between the trained contact fingers by recombination of the charge carriers result.
Um diesem Nachteil zu begegnen, wurden sogenannte selektive Emitter für Solarzellen vorgeschlagen. Bei diesen Zellen wird nur der Kontaktbereich hoch dotiert, wobei der Rest der Waferfläche eine geringe Dotierung besitzt.To address this disadvantage, so-called selective emitters for solar cells have been proposed. In these cells, only the contact region is highly doped, with the remainder of the wafer surface having a low doping.
Eine Möglichkeit, selektive Emitterstrukturen zu erzeugen, besteht zunächst darin, eine Diffusionsmaske aufzubringen, diese an den gewünschten Stellen zu öffnen, z.B. durch Druck einer Ätzpaste auf bestimmten Bereichen oder durch Laserablation, um dann eine starke Diffusion in das Volumen des Wafers hinein auszuführen. Anschließend ist die Maske zu entfernen und ganzflächig eine weitere Diffusion mit dem Ziel der Ausbildung von Abschnitten niedrigerer Dotierung zu realisieren.One way of producing selective emitter structures is first of all to apply a diffusion mask, to open it at the desired locations, for example by printing an etching paste on certain areas or by laser ablation, in order then to carry out a high degree of diffusion into the volume of the wafer. Then the mask is to be removed and over the entire surface to realize a further diffusion with the aim of forming portions of lower doping.
Bei einer weiteren Variante des Standes der Technik wird zunächst eine schwache Diffusion durchgeführt. Gemäß AU 570 309 ist es bekannt, zunächst ganzflächϊg eine schwache Diffusion auf den Wafern durchzuführen. Im Anschluss wird mittels eines LPCVD-Schritts eine sehr dichte Siliziumnitrid- schicht aufgebracht, die sowohl als Maske dient als auch später die Funktion der Antϊreflexionsschicht übernimmt. Mittels Laser werden dann Gräben in das Substrat geschnitten. In diese Gräben hinein wird dann eine starke Dotierung vorgenommen. Die Gräben wiederum werden im Anschluss durch eine Nickel- Kupfer-Zinn-Plattierung metallisiert.In a further variant of the prior art, first a weak diffusion is carried out. According to AU 570 309, it is known first to perform a weak diffusion on the wafers over the entire surface. Subsequently, a very dense silicon nitride layer is applied by means of an LPCVD step, which serves both as a mask and later takes on the function of the anti-reflection layer. Trenches are then cut into the substrate by means of lasers. In these trenches into a strong doping is then made. The trenches in turn are subsequently metallized by nickel-copper-tin plating.
Aus der DE 10 2007 035 068 Al ist ein Verfahren zum Fertigen einer Silizium- Solarzelle mit einem selektiven Emitter vorbekannt. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein flächiger Emitter an einer Oberfläche des Substrats erzeugt. Es schließt sich dann das Aufbringen einer Ätzbarriere auf erste Teilbereiche der Emitteroberfläche an. Dieser Schritt ist gefolgt von einem Ätzen der Emitteroberfläche in nicht von der Ätzbarriere bedeckten zweiten Teilbereichen. Nach dem Entfernen der Ätzbarriere werden M eta I Ikontakte an den ersten Teilbereichen erzeugt. Als vorteilhaft wird in der DE 10 2007 035 068 Al dargelegt, dass während des Verfahrens, insbesondere beim Ätzen der Emitteroberfläche in den zweiten Teilbereichen, eine poröse Silϊziumschicht entsteht, die anschließend aufoxidierbar ist. Diese aufoxidierte poröse Siliziumschicht kann nachfolgend zusammen mit gegebenenfalls vorhandenem Phosphorglas weggeätzt werden. Durch die Anwendung bekannter Siebdruck- und Ätztechnologϊen soll dieses Verfahren kompatibel mit derzeitigen industriellen Fertigungsanlagen sein.From DE 10 2007 035 068 Al a method for manufacturing a silicon solar cell with a selective emitter is previously known. In this method, in a first step, a planar emitter is produced on a surface of the substrate. This is followed by the application of an etching barrier to first portions of the emitter surface. This step is followed by an etching of the emitter surface in non-covered by the etching barrier second portions. After removal of the etching barrier, metal contacts are produced at the first subareas. It is described as advantageous in DE 10 2007 035 068 A1 that during the process, in particular during the etching of the emitter surface in the second partial regions, a porous silicon layer is formed, which is subsequently oxidizable. This oxidized porous silicon layer can subsequently be etched away together with optionally existing phosphorus glass. Using known screen printing and etching techniques, this method is said to be compatible with current industrial manufacturing equipment.
Fasst man die Lehre nach DE 10 2007 035 068 Al zusammen, dann besteht die dortige maßgebliche Idee darin, zunächst einen Emitter an wenigstens einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats mit einer homogenen Dotierungskonzentration herzustellen, die hoch genug ist, dass sie für eine Kontaktierung im späteren Siebdruckverfahren geeignet ist. Daran direkt anschließend, vorzugsweise vor dem Abscheiden einer Antireflex- oder Passisiverungsschicht werden erste Teilbereiche der bereits vorliegenden Emitteroberfläche durch eine Ätzbarriere geschützt. Die nicht geschützten Bereiche unterliegen dem Ätzschritt, so dass die Dicke des Emitters in den erwähnten Bereichen reduziert wird mit der Folge, dass in diesen zweiten Teilbereichen ein Emitter mit einem erhöhten Schichtwiderstand entsteht.Summing up the teaching according to DE 10 2007 035 068 A1, the relevant idea is to first produce an emitter on at least one surface of a solar cell substrate with a homogeneous doping concentration high enough that it is suitable for contacting in the later screen printing process is. Directly thereafter, preferably before the deposition of an antireflection or passivation layer, first subregions of the already existing emitter surface are protected by an etching barrier. The unprotected areas are subject to the Etching step, so that the thickness of the emitter is reduced in the mentioned areas, with the result that in these second partial areas, an emitter is formed with an increased sheet resistance.
Bei dem Verfahren zum Fertigen einer Silizium-Solarzelle mit rückgeätztem Emitter nach DE 10 2007 062 750 Al wird in einem ersten Schritt ein flächiger Emitter auf einer Oberfläche eines Solarzellensubstrats erzeugt. Im Anschluss wird eine Schicht aus porösem Silizium geschaffen, die dann gezielt einer Rückätzung unterliegt. Für den Schritt des Erzeugens eines flächigen Emitters können nach DE 10 2007 062 750 Al beliebige Verfahren genutzt werden. Beispielsweise ist es möglich, den flächigen Emitter mittels einer POCI3- Gasphaseπdiffusϊon durch Eindiffundieren von Phosphor aus einer heißen Gasphase in die Oberfläche des Substrats zu bilden. Die Parameter beim Erzeugen des flächigen Emitters sollen dabei so gewählt werden, dass sich vorzugsweise ein Emitterschichtwiderstand von weniger als 60 Ω/D einstellt. Auf die geschaffenen ersten Teilbereiche der Frontseitenoberfläche des Substrats wird eine Ätzbarriere aufgebracht. Die Ätzbarriere schützt die darunter liegenden ersten Teilbereiche der Emitteroberfläche gegen das Ätzmedium. Die Emitteroberfläche wird im Ätzschritt in den zweiten Teilbereichen so stark heruntergeätzt, bis sich in der verbleibenden Emitterschicht ein gewünschter hoher Schichtwiderstand von beispielsweise mehr als 60 Ω/D einsteift. Während des Ätzvorgangs wird der Schichtwiderstand durch Messung überprüft, um den Ätzvorgang gezielt abbrechen zu können. In einer Weiterbildung des Verfahrens nach DE 10 2007 062 750 Al erfolgt ein zusätzlicher Schritt hinsichtlich des Erzeugens der erwähnten porösen Siiiziumschicht. Dieser Prozessschritt erfolgt nach dem Abscheiden der Ätzbarriere an den nicht von der Ätzbarriere bedeckten zweiten Teilbereichen der Emitteroberfläche des Substrats. Es kann hier auch, anstatt die Emitteroberfläche in den von der Ätzbarriere ungeschützten Bereichen flächig zu ätzen, ein Ätzverfahren zur Anwendung kommen, das zur Bildung einer zumindest teilweisen porösen Siiiziumschicht führt. Diese poröse Siiiziumschicht wird bei einem späteren Verfahrensschritt aufoxidiert.In the method for manufacturing a silicon solar cell with etched back emitter according to DE 10 2007 062 750 A1, in a first step, a planar emitter is produced on a surface of a solar cell substrate. Subsequently, a layer of porous silicon is created, which is then selectively subject to etching back. For the step of generating a planar emitter, any desired methods can be used according to DE 10 2007 062 750 A1. For example, it is possible to form the planar emitter by means of a POCl 3 - Gasphaseπdiffusϊon by diffusing phosphorus from a hot gas phase in the surface of the substrate. The parameters when generating the flat emitter should be selected so that preferably sets an emitter layer resistance of less than 60 Ω / D. An etching barrier is applied to the created first subregions of the front surface of the substrate. The etch barrier protects the underlying first portions of the emitter surface from the etchant. The emitter surface is etched down so strongly in the etching step in the second subregions until a desired high sheet resistance of, for example, more than 60 Ω / D is stiffened in the remaining emitter layer. During the etching process, the sheet resistance is checked by measurement in order to be able to cancel the etching process in a targeted manner. In a further development of the method according to DE 10 2007 062 750 A1, an additional step takes place with regard to the production of the mentioned porous silicon layer. This process step takes place after the deposition of the etching barrier at the second partial regions of the emitter surface of the substrate which are not covered by the etching barrier. Instead of etching the emitter surface in the regions unprotected by the etching barrier, it is also possible here to use an etching process which leads to the formation of an at least partially porous silicon layer. This porous Siiiziumschicht is oxidized at a later process step.
Die Photovoltaikzelle mit zwei oder mehreren selektiv diffundierten Bereichen nach DE 697 31 485 T2 geht davon aus, die selektiven Bereiche mit Hilfe eines einzigen Diffusionsschritts zu erzeugen. Um unterschiedlich selektiv diffundierte Bereiche auf dem Halbleitersubstrat mit verschiedenen Dotierstoffniveaus schaffen zu können, wird von einem Siebdruck feststoffbasierter Dotierstoffpasten ausgegangen, um die Diffusionsbereiche dann mit einem ersten Hochtemperatur-Wärmebehaπd- lungsschritt zu bilden. Nach dem Siebdruck einer Metallpaste für die Kontaktfinger wird ein zweiter Hochtemperatur-Wärmebehandlungsschritt durchgeführt.The photovoltaic cell with two or more selectively diffused regions according to DE 697 31 485 T2 assumes that the selective regions are produced by means of a single diffusion step. In order to be able to create differently selectively diffused regions on the semiconductor substrate with different dopant levels, a screen printing of solid-based dopant pastes is assumed in order to then form the diffusion regions with a first high-temperature heat-curing step. After screen printing of a metal paste for the contact fingers, a second high-temperature heat treatment step is performed.
Zum Stand der Technik sei noch auf R.E. Schlosser et al, „Maπufacturing of Transparent Selectϊve Emitter and Boron Back-Surface Solar CeIIs Using Screen Printing Technique", 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4-8 September 2006, Dresden verwiesen.The state of the art is still on R.E. Schlosser et al., "Manufacturing of Transparent Select® Emitter and Boron Back-Surface Solar Cell Using Screen Printing Technique", 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 4-8 September 2006, Dresden.
Aus den vorstehend geschilderten Lösungen des Standes der Technik ergeben sich verschiedene Nachteile.From the above-described solutions of the prior art, various disadvantages arise.
Homogene Emitter, wie sie üblicherweise in der industriellen Fertigung bisher eingesetzt werden, weisen relativ schlechte optische und elektronische Eigenschaften auf. Um einen ausreichend geringen Kontaktwiderstand zu erzielen, muss weit stärker dotiert werden, als es für eine ausreichende elektrische Funktion an sich notwendig ist. Die zu hohe Dotierung macht sich als zu hoher Emittersättigungsstrom bemerkbar, welcher einen negativen Einfluss auf die offene Klemmspannung und den Füllfaktor hat. Aufgrund der geringen Ladungsträgerlebensdauer im hochdotieren Emitter können dort erzeugte Ladungsträger nicht getrennt werden, was zu einer Verminderung des Kurzschlussstroms führt und letztendlich einen reduzierten Wirkungsgrad der Solarzelle ergibt.Homogeneous emitters, as they are usually used in industrial manufacturing so far, have relatively poor optical and electronic properties. In order to achieve a sufficiently low contact resistance, much more doping is required than is necessary for a sufficient electrical function per se. The too high doping is noticeable as too high emitter saturation current, which has a negative influence on the open clamping voltage and the filling factor. Due to the low charge carrier lifetime in the highly doped emitter, charge carriers generated there can not be separated, which leads to a reduction in the short-circuit current and ultimately results in a reduced efficiency of the solar cell.
Die vorgeschlagenen Methoden zur Herstellung selektiver Emitter vermeiden die oben genannten Nachteile zumindest punktuell, sind aber aus verschiedenen Gründen für eine kostengünstige industrielle Umsetzung nicht geeignet.The proposed methods for producing selective emitters avoid the abovementioned disadvantages at least occasionally, but are not suitable for cost-effective industrial implementation for various reasons.
Das erläuterte Verfahren mit Maskierung und zwei Diffusionsschritten umfasst sehr viele Prozessschritte und ist daher kostenintensiv.The explained method with masking and two diffusion steps involves very many process steps and is therefore cost-intensive.
Die Verwendung einer Maske zum Öffnen des Bereichs, der später zu kontaktieren ist, ist insofern wenig ökonomisch, da mehr als 80% der Fläche mit einer Ätzmaske, z.B. einem Ätzlack zu bedecken sind, was ebenfalls zu hohen Kosten führt.The use of a mask to open the area to be contacted later is less economical in that more than 80% of the area to be covered with an etching mask, such as an etching varnish, which also leads to high costs.
Das Öffnen mit einer im Siebdruck aufgebrachten Ätzpaste oder durch Laserablation zieht einerseits einen erhöhten Sicherheitsaufwand bei Verwendung von aggressiven Pastenmaterialien und andererseits eine starke Schädigung der Oberfläche bei Behandlung durch Laserablation nach sich.The opening with a screen-applied etching paste or by laser ablation on the one hand entails an increased safety expenditure when using aggressive paste materials and on the other hand a strong damage to the surface during treatment by laser ablation.
Die Lösung nach DE 10 2007 035 068 Al reduziert zwar den Bedarf an Abdecklack. Nachteilig ist jedoch, dass der Schichtwiderstand im niedrigdotierten Bereich durch Rückätzen hergestellt wird. Die dort dargelegten Ätzprozesse sind jedoch nicht selbstlimitierend. Inhomogenitäten des Ätzbads wie Temperatur, Konzentration des Ätzmediums oder der Abbauprodukte führen daher zu einer Inhomogenität des Schichtwiderstands, die sich nachteilig auf die Zelleffizienz auswirkt. Die dort notwendigen Ätzlösungen sind außerordentlich aggressiv, was es erschwert, einen geeigneten Maskierungslack zu wählen. Außerdem weist das nach dem Rückätzen erzeugte Emitterprofil immer noch eine zu hohe Oberflächenkonzentration des Dotanden auf mit der Folge eines unerwünschten hohen Emittersättigungsstroms.Although the solution according to DE 10 2007 035 068 Al reduces the need for Abdecklack. The disadvantage, however, is that the sheet resistance in the low-doped region is produced by back etching. However, the etching processes outlined there are not self-limiting. Inhomogeneities of the etching bath such as temperature, concentration of the etching medium or the degradation products therefore lead to an inhomogeneity of the sheet resistance, which adversely affects the cell efficiency. The etching solutions necessary there are extremely aggressive, which makes it difficult to choose a suitable masking varnish. In addition, the emitter profile produced after etchback still has too high a surface concentration of the dopant, resulting in an undesirably high emitter saturation current.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter anzugeben, welches im Ergebnis der Schaffung von Solarzellen dient, die einen höheren Energiewandlungswirkungsgrad besitzen und wobei die Menge an notwendigen Maskierungsmaterialien reduziert ist.From the foregoing, therefore, it is an object of the invention to provide a further developed method for producing selective emitter solar cells, which as a result serves to provide solar cells having a higher energy conversion efficiency, and wherein the amount of necessary masking materials is reduced.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Verfahren gemäß der Lehre nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved by a method according to the teaching of claim 1, wherein the dependent claims represent at least expedient refinements and developments.
Verfahrensgemäß erfolgt ein Bereitstellen von Sägeschadenfreien Wafern. Wenn notwendig, können die Wafer auf ihrer Vorderseite eine Texturierung, ausgeführt in an sich bekannter Weise, besitzen. Unter Vorderseite ist hier diejenige Seite zu verstehen, die beim späteren Einsatz der Solarzelle der solaren Strahlung ausgesetzt ist. Der so behandelte Wafer wird dann vollflächig mit einer Dotierquelle versehen. Während des Aufbringens der vollflächigen Dotierquelle und im Anschluss hieran wird ein leichtes, erstes Eindϊffuπdieren des Dotanden bis zum Erreichen eines ersten Schichtwiderstandsbereϊchs durchgeführt.According to the method, there is provision of saw-damage-free wafers. If necessary, the wafers on their front side can have texturing carried out in a manner known per se. Under front side is here to understand the side that is exposed to the solar cell during later use of the solar cell. The wafer treated in this way is then provided with a full-surface doping source. During the application of the full-area doping source and subsequently thereto, an easy, first introduction of the dopant is achieved until a first sheet resistance region is reached.
Im Anschluss wird die Dotierquelle strukturiert, wobei im Ergebnis der Strukturierung nur solche Bereiche verbleiben, die im Wesentlichen den später zu kontaktierenden Abschnitten auf dem Wafer entsprechen oder um einen gezielt vorgegebenen kleinen Betrag größer als diese Kontaktabschnitte sind.Subsequently, the doping source is patterned, wherein as a result of the structuring only those areas remain which substantially correspond to the sections to be contacted later on the wafer or by a deliberately predetermined small amount are larger than these contact portions.
Hieran schließt sich ein Ausführen einer weiteren, zweiten Diffusion aus den verbliebenen Bereichen der Dotierquelle in das Wafervolumen hinein bis zum Erzielen eines zweiten Schichtwiderstandsbereichs für den selektiven Emitter an. Bei diesem weiteren, zweiten Dϊffusionsschritt erfolgt gleichzeitig ein Umverteilen des bei der ersten Diffusion eingebrachten Dotanden mit dem Ziel des Absenkens der Dotierkonzentration in den oberflächennahen Bereichen, welche nicht mehr mit der Dotierquelle bedeckt sind, und zwar unter der Maßgabe, dass im Ergebnis dieser Behandlung die Schichtwiderstandswerte im ersten Schichtwiderstandsbereich größer als diejenigen des zweiten Schicht- widerstandsbereichs sind.This is followed by carrying out a further, second diffusion from the remaining regions of the doping source into the wafer volume until a second sheet resistance region for the selective emitter has been achieved. In this further, second Dϊffusionsschritt simultaneously redistributes the introduced during the first diffusion of dopants with the aim of lowering the doping concentration in the near-surface areas, which are no longer covered with the doping, under the proviso that as a result of this treatment Sheet resistance values in the first sheet resistance range are greater than those of the second sheet resistance range.
Die Dotierquelle weist bevorzugt Phosphorsilikatglas (PSG) auf.The doping source preferably comprises phosphosilicate glass (PSG).
Der erste Schichtwiderstandsbereich liegt nach Abschluss der beiden Diffusionen bei im Wesentlichen 100 bis 300 Ω/D. Der zweite Schichtwiderstandsbereich für den Emitterabschnitt unterhalb der späteren Kontakte liegt zwischen 30 Ω/D und kleiner 100 Ω/D.The first sheet resistance range is after completion of the two diffusions at substantially 100 to 300 Ω / D. The second layer resistance region for the emitter section below the later contacts is between 30 Ω / D and less than 100 Ω / D.
Die Strukturieruπg der Dotierquelle erfolgt dadurch, dass auf den zu verbleibenden Bereichen eine ätzresistente Maskierung aufgebracht wird mit anschließender Ausführung des Ätzschritts.The structuring of the doping source takes place in that etching-resistant masking is applied to the areas to be left, with subsequent execution of the etching step.
Die Maskierung kann mittels Siebdruck, Schablonendruck, Hot-Melt-Siebdruck, Ink-Jet-Druck, Dispensen, Aerosoldruck, Hot-Melt-Ink-Jet-Druck oder dergleichen Verfahren ausgebildet werden.The masking may be formed by screen printing, stencil printing, hot melt screen printing, ink jet printing, dispensing, aerosol printing, hot melt ink jet printing or the like.
Nach dem Ätzschritt wird die Ätzmaske entfernt. Der Ätzvorgang kann nasschemisch oder unter Plasma oder Plasma-unterstützt durchgeführt werden, wobei im Anschluss an den Ätzschritt die Maskierungsschicht und etwaige Reste gestrippt oder durch Schaffung eines Sauerstoffplasmas verascht werden.After the etching step, the etching mask is removed. The etching process can be carried out wet-chemically or under plasma or plasma-assisted, wherein after the etching step the masking layer and any residues are stripped or ashed by creating an oxygen plasma.
Als ergänzender Verfahrensschritt ist eine Oxidation der Oberfläche des Wafers möglich, um eine weitere Absenkung der Oberflächenkonzentration sowie eine Injektion von interstitiellen Sauerstoffatomen in den Wafer zu bewirken.As an additional process step, oxidation of the surface of the wafer is possible in order to bring about a further lowering of the surface concentration as well as an injection of interstitial oxygen atoms into the wafer.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme einer Figur näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and with the aid of a figure.
Die Figur zeigt hierbei eine prinzipielle Schrittfolge a) bis f) mit dem Ziel der Ausbildung eines selektiven Emitters durch Ξtrukturierung der Dotierquelle bis zur Vorderseitenmetallisierung, wobei die Prozessierung der Rückseite durch beliebige Methoden des Standes der Technik geschehen kann.The figure shows a basic sequence of steps a) to f) with the aim of forming a selective emitter by structuring the doping source to the front side metallization, wherein the processing of the back can be done by any method of the prior art.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines selektiven Emitters mit besonderen Eigenschaften durch zusätzliches Eintreiben aus strukturierter Quelle gemäß Ausführungsbeispiel wird auf dem Sägeschaden-geätzten und möglicherweise texturierten Wafer zunächst eine Dotierquelle, z.B. Phosphorsilikatglas (PSG) aufgebracht und leicht eindiffundiert (Fig. Ia)). Der Siliziumwafer ist hier mit dem Bezugszeϊchen 1 und die vollflächig aufgebrachte Diffusionsquelle mit dem Bezugszeichen 2 versehen. Der leicht eindiffundierte Bereich ist durch das Bezugszeichen 5 gekennzeichnet.In the method for producing a selective emitter having special features by additionally driving from patterned source according to the embodiment, on the saw damage etched and possibly textured wafer, a doping source, e.g. Phosphosilicate glass (PSG) applied and slightly diffused (Fig. Ia)). The silicon wafer is here provided with reference numeral 1 and the full-surface applied diffusion source with the reference numeral 2. The slightly diffused region is indicated by the reference numeral 5.
Beispielsweise wird bei diesem Schritt ein Schichtwiderstand zwischen 100 und 200 Ω/π eingestellt. Dies kann in einem kombinierten Prozessschritt aus Gasphasendiffusion, z.B. Phosphoroxylchlorid (POCb) und Temperaturbehandlung geschehen, beispielsweise in einem Quarzrohrofen.For example, in this step, a sheet resistance between 100 and 200 Ω / π is set. This can be done in a combined process step of gas phase diffusion, e.g. Phosphoroxyl chloride (POCb) and heat treatment done, for example in a quartz tube furnace.
Ebenfalls ist es möglich, mittels Atmospherϊc Plasma Chemical Vapor Deposition (APCVD) die Dotierquelle, z.B. PSG, zu erzeugen und anschließend in einem Rohr- oder Durchlaufofen mit Rollen-, Kettenband- oder Hubbalkentransport den ersten, leichten Diffusionsschritt durchzuführen. Im Anschluss daran wird die aufgebrachte vollflächige Diffusionsquelle 2 strukturiert, so dass streifenförmige Bereiche 3 verbleiben,, wie sie in der Fig. Ib) stark vereinfacht dargestellt wurden.It is likewise possible to generate the doping source, eg PSG, by means of Atmospheric Plasma Chemical Vapor Deposition (APCVD) and then to carry out the first, light diffusion step in a tubular or continuous furnace with roller, chain belt or lifting beam transport. Subsequently, the applied full-surface diffusion source 2 is structured, so that strip-shaped regions 3 remain, as shown in FIG. Ib) greatly simplified.
Die Strukturierung der Dotierquelle erfolgt so, dass der später elektrisch zu kontaktierende Bereich noch durch das Quellmaterial bedeckt ist, alle anderen Bereiche jedoch nicht mehr. Aus technologischen Gründen kann das Quellenmaterial auch etwas über oder unter diesem späteren Kontaktbereich hinausgehend stehengelassen werden.The structuring of the doping source takes place in such a way that the area which is to be electrically later contacted is still covered by the source material, but all other areas are no longer covered. For technological reasons, the source material may also be left slightly above or below this later contact area.
Die vorstehend erwähnte Strukturierung der Dotier- oder Diffusionsquelle ist durch verschiedene Methoden erreichbar.The above-mentioned structuring of the doping or diffusion source can be achieved by various methods.
Beispielsweise können die Bereiche, in denen die Quellschicht bestehen bleiben soll, durch eine ätzresistente Schicht maskiert werden. Als ätzresistente Schichten kommen z.B., aber nicht ausschließlich organische, trockenvernetzende Lacke in Frage, wachsartige organische Materialien, UV- härtende Lacke, aber auch Silizium-Oxid-Nitrid-Schichten, hergestellt durch Tempern von diesbezüglichen Ausgangsstoffen.For example, the regions in which the source layer is to remain are masked by an etch-resistant layer. Suitable etching-resistant layers include, but are not limited to, organic, dry-crosslinking paints, waxy organic materials, UV-curing paints, as well as silicon-oxide-nitride films prepared by annealing starting materials of this type.
Die maskierenden Bereiche oder Abschnitte können durch Siebdruck, Schablonendruck, Hot-Melt-Siebdruck, Ink-Jet- Druck, Hot-Melt-Ink- Jet-Druck, Dispensen, Aerosoldruck oder dergleichen Verfahren realisiert werden.The masking areas or sections may be realized by screen printing, stencil printing, hot melt screen printing, ink jet printing, hot melt ink jet printing, dispensing, aerosol printing or the like.
Anschließend wird in den nicht maskierten Bereichen die Diffusionsquelle durch Ätzen entfernt, wobei hier vorteilhafterweise ein Ätzmedium gewählt wird, welches die Diffusionsquelle mit einer hohen Selektivität gegenüber dem Silizium-Basismaterial des Wafers ätzt.Subsequently, in the unmasked regions, the diffusion source is removed by etching, wherein here advantageously an etching medium is selected, which etches the diffusion source with a high selectivity with respect to the silicon-based material of the wafer.
Für PSG bietet sich beispielsweise eine nasschemische Ätzung in Flusssäure (HF) an. Flusssäure ätzt PSG außerordentlich schnell, Silizium aber kaum.For PSG, for example, a wet-chemical etching in hydrofluoric acid (HF) is recommended. Hydrofluoric acid etches PSG extremely fast, but silicon hardly.
Alternativ können Säuren mit der gleichen Eigenschaft in einer nasschemischen Ätzung eingesetzt werden. Ebenso kann aber auch ein Plasmaschritt im Sinne einer Trockenätzung genutzt werden. Auch hier weisen Fluorionen-basierte Ätzprozesse, z.B. mit CF4, eine für die PSG-Schicht-Entfernung notwendige Selektivität auf. Nach dieser Behandlung wird die Maskierungsschicht entfernt. Dies kann dann in der gleichen Ätzanlage geschehen, in der auch die Diffusionsquelle entfernt wurde. Organische Schichten lassen sich nasschemisch durch geeignete Stripper-Lösungen entfernen. Siliziurn-Oxid-Nitrid-Schichten können mit Phosphorsäure geätzt werden.Alternatively, acids with the same property can be used in a wet-chemical etching. Likewise, however, a plasma step in the sense of dry etching can also be used. Here too, fluorine ion-based etching processes, eg with CF 4 , have a selectivity necessary for the PSG layer removal. After this treatment, the masking layer is removed. This can then be done in the same etching plant in which the diffusion source was removed. Organic layers can be removed wet-chemically by suitable stripper solutions. Silicon oxide-nitride layers can be etched with phosphoric acid.
Erfolgt die Ätzung der Quellschicht durch Plasma, so kann anschließend ein Sauerstoff-Plasma zur Veraschung organischer Substanzen oder Schichten Verwendung finden.If the etching of the swelling layer by plasma, so then an oxygen plasma for the ashing of organic substances or layers can be used.
Weitere Möglichkeiten zur Strukturierung der Diffusionsquelle sind das Aufbringen von Ätzpasten in den Bereichen, in denen die Quellschicht entfernt werden soll, oder das Trockenätzen durch Ätzmasken.Further possibilities for structuring the diffusion source are the application of etching pastes in the areas in which the swelling layer is to be removed, or the dry etching by etching masks.
In einem zweiten Diffusionsschritt, dargestellt mit der Fig. Ic), bildet sich unterhalb der lokalen Diffusionsquelle 3 eine starke Dotierung 4 im Wafer 1 aus. Alle übrigen Bereiche besitzen eine schwache Dotierung 5b.In a second diffusion step, shown with the Fig. Ic), formed below the local diffusion source 3, a strong doping 4 in the wafer 1 from. All other areas have a weak doping 5b.
Es wird also in dem zweiten Diffusionsprozess in den Bereichen, in welchen sich noch eine Diffusionsquelle befindet, ein Emitter mit niedrigem Schichtwiderstand hergestellt, der sich sehr gut für die spätere Kontaktierung eignet.Thus, in the second diffusion process in the regions in which there is still a diffusion source, an emitter with low sheet resistance is produced, which is very well suited for later contacting.
In den Bereichen, in welchen sich keine Quellschicht als Dotand mehr befindet, wird hingegen nur der bereits in das Silizium eindiffundierte Dotand umverteilt. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Absenkung der Dotierkonzentratioπ 5b im oberflächennahen Bereich. Diese Absenkung ist gezielt und beabsichtigt und damit sehr vorteilhaft für die Solarzelle, da sich so ein Emitter mit einer geringeren Emittersättigungsstromdichte herstellen lässt.In the areas in which there is no longer any swelling layer as dopant, on the other hand, only the dopant that has already diffused into the silicon is redistributed. This leads advantageously to a lowering of the Dotierkonzentratioπ 5b in the near-surface region. This reduction is targeted and intended and thus very advantageous for the solar cell, as it can produce an emitter with a lower emitter saturation current density.
Auch kann die Oberflächenpassivierung bei einer geringeren Dotierkonzentration an der Oberfläche effektiver durchgeführt werden. Die Diffusion kann z.B. durch Temperaturbehandlung in einem Quarzrohrofen oder in einem Durchlaufofen erfolgen.Also, the surface passivation can be performed more effectively at a lower doping concentration at the surface. The diffusion may e.g. by temperature treatment in a quartz tube furnace or in a continuous furnace.
Durch Einstellung der Gaszusammensetzung, z.B. durch Zugabe von Sauerstoff oder von Wasserdampf im Ofen kann eine zusätzliche Oxidation der Quellschicht und der Quellschϊcht-freien Oberfläche erfolgen. Dies ermöglicht eine weitere Absenkung der Oberflächenkonzentration. Durch die Oxidation kann außerdem die Diffusion beschleunigt werden.By adjusting the gas composition, for example by adding oxygen or water vapor in the oven, an additional oxidation of the swelling layer and the Quellschϊcht-free surface can be done. This allows a further reduction of the surface concentration. The oxidation can also accelerate the diffusion.
Fig. Id) zeigt die Situation nach der Entfernung der verbliebenen Diffusionsquellen 3.Fig. Id) shows the situation after the removal of the remaining diffusion sources. 3
Fig. Ie) stellt symbolhaft eine aufgebrachte Antireflexϊonsschicht 6 dar.Fig. Ie) symbolically represents an applied antireflection layer 6.
Die Herstellung der Antireflexschicht 6, die Durchführung der Kantenisolation und die Herstellung der Metallisierungskontakte 7 (siehe Fig If)) kann durch unterschiedliche, an sich bekannte Verfahren durchgeführt werden. Bei der Aufbringung der Vorderseitenkontakte 7 ist dafür Sorge zu tragen, dass die vorgesehenen Kontaktbereiche (starke Dotierung 4) eingehalten werden.The preparation of the antireflection layer 6, the implementation of the edge insulation and the production of the metallization contacts 7 (see FIG. 1)) can be carried out by different methods known per se. When applying the front-side contacts 7, care must be taken to ensure that the intended contact areas (heavy doping 4) are maintained.
Im Ergebnis der Durchführung des Verfahrens gelingt es, die Rekombination freier Ladungsträger im Emitter zu senken, so dass ein höherer Strom erzeugbar ist und mithin der Wirkungsgrad derartiger Solarzellen einer Verbesserung unterliegt.As a result of carrying out the method, it is possible to reduce the recombination of free charge carriers in the emitter, so that a higher current can be generated and consequently the efficiency of such solar cells is subject to an improvement.
Auch lässt sich der Emitter besser passivieren. Hierdurch und durch das günstigere Dotierprofil verringert sich der Emittersättigungsstrom, wodurch wiederum die Leerlaufspannung der Solarzelle steigt. Letztendlich lässt sich der Kontaktwiderstand der Vorderseitenmetallisierung zum Emitter verringern.Also, the emitter can passivate better. This and the cheaper doping profile reduce the emitter saturation current, which in turn increases the no-load voltage of the solar cell. Finally, the contact resistance of the front side metallization to the emitter can be reduced.
Das beschriebene Verfahren ist durch eine besondere Einfachheit und überschaubare Prozessführung gekennzeichnet. Es muss nur ein geringer Teil der Oberfläche des Wafers maskiert werden, so dass weniger Maskierungsmaterial nötig ist. Zur Maskierung von üblichen Diffusionsquellen kommt eine Vielzahl von gut beherrschbaren Materialien in Frage. Das Ätzen von z.B. PSG als Dotϊerquelle kann mit Flusssäure in sehr kostengünstiger Weise durchgeführt und leicht beherrscht werden. Die genannten Diffusionsprozesse sind relativ kurz und bei moderaten Temperaturen durchführbar. Dies spart Energie und ermöglicht es, das Verfahren bei einem breiten Spektrum von Silizium- ausgangsmaterial und hieraus erzeugten Wafern zu nutzen. Dies gilt auch für Wafer, bei denen ein zu hohes Temperaturbudget zu einer Reduktion der Lebensdauer führen würde. The method described is characterized by a particular simplicity and manageable process management. Only a small part of the surface of the wafer needs to be masked, so less masking material is needed. For masking conventional diffusion sources, a variety of readily controllable materials comes into question. The etching of e.g. PSG as Dotϊerquelle can be carried out with hydrofluoric acid in a very cost-effective manner and easily controlled. The mentioned diffusion processes are relatively short and feasible at moderate temperatures. This saves energy and allows the process to be used on a wide range of silicon feedstock and wafers made from it. This also applies to wafers in which an excessively high temperature budget would lead to a reduction in the service life.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen mit selektivem Emitter, umfassend folgende Schritte:1. A process for the production of solar cells with selective emitter, comprising the following steps:
- Bereitstellen eines von Sägeschäden freien Wafers,Providing a saw-damage-free wafer,
- vollflächiges Aufbringen einer Dotierquelle auf den Wafer sowie leichtes, erstes Eindϊffundieren des Dotanden bis zum Erreichen eines ersten Schichtwiderstandsbereichs,full-surface application of a doping source to the wafer as well as easy first penetration of the dopant until reaching a first sheet resistance region,
- Strukturierung der aufgebrachten Dotierquelle, wobei im Ergebnis der Strukturierung nur solche Bereiche verbleiben, die im Wesentlichen den später zu kontaktierenden Abschnitten auf dem Wafer entsprechen,Structuring of the applied doping source, as a result of structuring only those areas remain which substantially correspond to the sections to be contacted later on the wafer,
- Ausführen einer weiteren, zweiten Diffusion aus den verbliebenen Bereichen der Dotierquelle in das Wafervolumen hinein bis zum Erzielen eines zweiten Schichtwiderstandsbereichs für den selektiven Emitter sowie gleichzeitiges Umverteilen des bei der ersten Diffusion eingebrachten Dotanden mit dem Ziel des Absenkens der Dotierkonzentration in dem oberflächennahen Bereich, welcher nicht mehr mit der Dotierquelle bedeckt ist, unter der Maßgabe, dass die Schichtwiderstandswerte des ersten Schichtwiderstandsbereichs größer als diejenigen des zweiten Schicht- wϊderstandsbereichs sind.Performing a further, second diffusion from the remaining regions of the doping source into the wafer volume until a second layer resistance region for the selective emitter is obtained and simultaneously redistributing the dopant introduced in the first diffusion with the aim of lowering the doping concentration in the near-surface region is no longer covered by the doping source, provided that the sheet resistance values of the first sheet resistance region are larger than those of the second layer stagnation region.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierquelle Phosphorsilikatglas (PSG) aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the doping source comprises phosphosilicate glass (PSG).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schichtwiderstandsbereich nach dem zweiten Diffusionsschritt im Wesentlichen zwischen ca. 100 bis 300 Ω/D liegt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first sheet resistance range after the second diffusion step is substantially between about 100 to 300 Ω / D.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strukturierung der Dotierquelle auf den zu verbleibenden Bereichen eine ätzresistente Maskierung aufgebracht und anschließend mindestens ein Ätzschritt durchgeführt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that applied to the structuring of the doping source on the remaining areas an etch-resistant masking and then at least one etching step is performed.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maskierung mittels Siebdruck, Schablonendruck, Holt-Melt-Sϊebdruck, InkJet-Druck, Dispensen, Aerosoldruck; Hot-Melt-Ink-Jet-Druck oder dergleichen Techniken ausgebildet wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the masking by means of screen printing, stencil printing, Holt-Melt Sϊebdruck, inkjet printing, dispensing, aerosol printing; Hot-melt ink-jet printing or the like techniques is formed.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzmaske nach dem Ausführen des Ätzschritts entfernt wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the etching mask is removed after carrying out the etching step.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ätzvorgang Plasma-unterstützt durchgeführt wird, wobei im Anschluss an den Ätzschritt die Maskierungsschicht und vorhandene organische Ablagerungen durch Behandlung mittels Sauerstoff-Plasma verascht werden.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the etching process is performed plasma-assisted, wherein following the etching step, the masking layer and existing organic deposits are ashed by treatment by means of oxygen plasma.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oxidation der Oberfläche des Wafers erfolgt, um eine weitere Absenkung der Oberflächenkonzeπtration und/oder eine Beschleunigung der Diffusion zu bewirken.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an oxidation of the surface of the wafer takes place in order to effect a further reduction of Oberflächenkonzeπtration and / or an acceleration of the diffusion.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schichtwiderstandsbereich zwischen 30 und <100 Ω/α liegt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second sheet resistance range between 30 and <100 Ω / α.
10. Solarzelle, hergestellt nach einem Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche. 10. Solar cell, produced by a process according to at least one of the preceding claims.
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