DE4009336A1

DE4009336A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE4009336A1
Application number: DE4009336A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Floedl; Paul Dipl Phys Uebele
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-09-26
Also published as: US5131933A

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle bestehend aus einem Halbleiterkörper mit pn-Übergang, einem auf der Rückseite des Halbleiterkörpers vorgesehenen Rückseitenkontakt und einem Kontaktfingersystem, das auf der für die Lichtein strahlung vorgesehenen Oberflächenseite des Halbleiterkör pers zwischen einer ersten und zweiten Antireflexschicht angeordnet ist.

Silizium-Solarzellen werden zur Erhöhung ihres Umwandlungs wirkungsgrades mit einer Antireflexschicht auf der für den Lichteinfall vorgesehenen Oberflächenseite versehen. Diese reflexionsmindernde Schicht besteht aus einem iso lierenden Material und darf daher bei bekannten Solarzellen anordnungen den für die Weiterverbindung zu anderen Zellen vorgesehenen Vorderseitenkontakt nicht bedecken. Die Dicke der reflexionsmindernden Schicht wird so gewählt, daß das Reflexionsminimum bei einer Wellenlänge von ca. 600 nm auf tritt. Es handelt sich hierbei um eine λ/4-Schicht mit einem Brechungsindex von 1,4 bis 2,4. Die reflexionsmin dernde Schicht vermindert die Reflexionen an der Solar zellenoberfläche von ca. 30% auf weniger als 3% im Reflexi onsminimum, so daß der Solarzellenwirkungsgrad erheblich ansteigt. Zwei oder mehrere aufeinander abgestimmte Anti reflexschichten können das Reflexionsverhalten weiter ver bessern.

Aus der DE-OS 29 44 185 ist bereits eine Solarzelle bekannt, bei der die reflexionsmindernde Schicht die Metallisierung des Vorderseitenkontaktes an der Solarzelle vollständig be deckt und die Verbindung zwischen diesem Vorderseitenkontakt und weiterführenden Zuleitungen durch Ultraschallschweißen herbeigeführt wird, wobei die zwischen den Kontaktstellen liegende reflexionsmindernde Schicht beim Schweißvorgang lokal beseitigt wird.

Weiterhin ist aus der DE-PS 35 16 117 eine Solarzelle be kannt, bei der sich auf einem Halbleiterkörper mit einem pn-Übergang ein Rückseitenkontakt befindet. Der Halblei terkörper ist auf der für die Lichteinstrahlung vorgesehe nen Oberflächenseite mit einer reflexionsmindernden Schicht versehen. Mindestens ein Vorderseitenkontakt ist direkt auf einer isolierenden Schicht aufgebracht, so daß die Ladungs träger vom Halbleiterkörper zum Vorderseitenkontakt durch Durchtunnelung der isolierenden Schicht gelangen. Die iso lierende Schicht bildet zugleich die reflexionsmindernde λ/4-Schicht und kann aus TiO bestehen und ca. 0,07 µm dick sein. Der Vorderseitenkontakt kann über einem unter der reflexionsmindernden Schicht liegenden zusätzlichen ohmschen Metallanschlußkontakt, der die Oberflächenschicht des Halbleiterköpers kontaktiert, angeordnet sein und aus Leitklebern, aufgeklebten Leitbahnen oder aufgeklebten Drähten bestehen.

Solarzellen mit leitfähigen Antireflexschichten, auf denen die vorderseitigen Kontaktfinger angeordnet sind, sind eben falls bekannt. So ist z. B. in der DE-OS 33 40 874 ein Ver fahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle be schrieben, bei dem der pn-Übergang durch Diffusion von Stör stellen aus einer Dotierschicht hergestellt wird. Auf einen Halbleiterkörper wird eine erste Schicht aufgebracht, die als Diffusionsquelle für die Herstellung des pn-Übergangs sowie zur Dotierung der Antireflexschicht dient. Auf die erste Schicht wird dann eine zweite Schicht für die Her stellung der Antireflexschicht aufgebracht. Es wird ein Temperprozeß durchgeführt, bei dem der pn-Übergang herge stellt, aus den beiden Schichten die Antireflexschicht ge bildet und die Antireflexschicht dotiert und dadurch gut leitfähig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine lokale ohmsche Verbindung zwischen den Kontaktfingern des Finger systems und dem Emitter des Halbleiters vorhanden ist.

Die Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß die erste auf der Emitterschicht des Halbleiterkörpers liegende Antireflexschicht Fensteröffnungen in Form feiner Linien strukturen aufweist, zu denen die Kontaktfinger quer verlau fen, und daß die Kontaktfinger derart in Bereiche der Fen steröffnungen eingreifen, daß eine lokale ohmsche Kontak tierung zwischen den Kontaktfingern und der Emitterschicht des Halbleiterkörpers besteht. Vorzugsweise schließen die Fensterlinien und Kontaktfinger gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung einen Winkel von etwa 90° ein. Erfindungsgemäß können die Fensterlinien von einer Zellenkante zur gegen überliegenden Zellenkante geführt oder zwischen den Kontakt fingern unterbrochen sein. Die Fensterlinien sind vorzugs weise durch Ätzen über einen Photolackprozeß hergestellt und weisen eine Linienbreite von 0,01 mm bis 0,03 mm auf.

Durch die isolierende erste Antireflexschicht, beispiels weise eine Siliziumnidridschicht, ist die Kontaktfläche zwischen der Metallisierung und dem Emitter bzw. der Basis stark vermindert, so daß die Oberflächenrekombination der Minoritätsladungsträger stark reduziert werden kann. Dies führt zu einer Verbesserung der elektrischen Kennwerte der Solarzelle, insbesondere der Leerlaufspannung und des Kurz schlußstromes.

Ein wesentlicher Vorteil besteht bei der Solarzelle mit einer ersten Antireflexschicht darin, daß eine Justage der Kontaktfinger in die Fensteröffnungen nicht er forderlich ist.

Von Vorteil ist auch, daß gemäß einer Weiterbildung der Er findung durch die zweite Antireflexschicht eine Reflexmin derung der Emitterschicht des Halbleiterkörpers in den Fensteröffnungen erfolgt.

Eine Weiterbildung der Erfindung geht dahin, daß der Halb leiterkörper linienförmige hochdotierte Zonen aufweist, die mittig zu den linienförmigen Fensteröffnungen liegen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch zwei Solarzellen,

Fig. 2 ein Schema zur Erläuterung der Lage von Kontakt fingern zu in einer ersten Antireflexschicht ange ordneten Fensteröffnungen,

Fig. 3 Teildarstellungen zur Erläuterung des Herstellungs prozesses einer Solarzelle mit aufgedampften Kontakt fingern, und

Fig. 4 Teildarstellungen zur Erläuterung des Herstellungs vorganges einer Solarzelle mit siebgedruckten Kon taktfingern.

In der Fig. 1 weisen beide Solarzellen 1 bzw. 2 einen einen pn-Übergang enthaltenden Halbleiterkörper 3 bzw. 4 auf, vor zugsweise Silizium-Halbleiterkörper, wobei der zugehörige Rückseitenkontakt jeweils mit 5 bezeichnet ist. Auf den Emittern (n± Schichten) ist jeweils eine erste Antireflex schicht 6 aufgetragen, z. B. eine Siliziumnitrid-Beschich tung durch eine plasmaunterstützte CVD-Abscheidung. Diese erste Antireflexschicht weist Fensteröffnungen 7 auf, die in Form einer Linienstruktur ausgebildet, und photolithogra phisch, mittels Siebdruckmaske oder Laser herstellbar sind. Die Fensteröffnungen 7 haben beispielsweise eine Breite von 30 µm, wobei der Abstand zwischen zwei parallel verlaufen den Fensteröffnungen etwa 1 mm betragen kann. Auf der ersten Antireflexschicht 6 sind die Kontaktfinger 8 eines Kontakt fingersystems aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen. Die Kontaktfinger 8 verlaufen quer zu den Fensteröffnungen 7, vorzugsweise unter einem Winkel von 90° (vgl. Fig. 2) und greifen derart in Bereiche der Fensteröffnungen 7 ein, daß angenähert punktförmige ohmsche Verbindungen zwischen den Kontaktfingern 8 und den Emittern der Halbleiterkörper 3 bzw. 4 bestehen. Auf dem Kontaktfingersystem ist eine zweite Antireflexschicht 9 aufgetragen, vorzugsweise eine AL₂O₃ -Schicht. Diese zweite Antireflexschicht 9 überdeckt auch die Emitterschicht der Halbleiter 3 und 4 in den Be reichen der Fensteröffnungen 7, die durch die Kontaktfin ger 8 nicht abgedeckt sind.

Die beiden Solarzellen 1 und 2 unterscheiden sich im we sentlichen durch ihre Herstellungsprozesse, wobei der Her stellungsprozeß von Solarzelle 1 aus Fig. 3 und derjenige von Solarzelle 2 aus Fig. 4 ersichtlich ist. Beide Dar stellungen zeigen die einzelnen Verfahrensschritte zur Auf bringung der Kontaktfingersysteme sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite der Halbleiterkörper 3 und 4. Hierbei unterliegt der Halbleiterköper 3 bei der Herstellung von Solarzelle 1 zunächst allgemein bekannten Reinigungs-, Diffusions- und Beschichtungsprozessen, durch die der Halb leiterkörper 3 mit einem pn- Übergang und einer ersten Anti reflexschicht 6 versehen wird. Anschließend werden die lini enförmigen Fensteröffnungen 7 beispielsweise durch einen Fotolithographieprozeß herstellt. Es erfolgt dann die Auf bringung des Kontaktfingersystems durch einen Metall-Auf dampfungsvorgang und zum Abschluß das Auftragen der zweiten Antireflexschicht 9 durch einen Plasmaprozeß.

Zur Herstellung der Solarzelle 2 werden nach dem Reinigungs prozeß des Halbleiterkörpers drei zusätzliche Verfahrens schritte eingefügt. Eine SiO₂-Diffusionsmaske mit Linien struktur auf einer Zellenseite dient zur Durchführung einer lokal tiefen Diffusion, um linienförmige hochdotierte Zonen 10 im Halbleiterkörper 4 zu erzeugen. Nach einem SiO₂-Ätz vorgang an der Vorderseite des Halbleiterkörpers 4 wird der oben beschriebene Diffusionsvorgang zur Herstellung einer flachen Diffusion 12 und anschließend der Beschichtungs prozeß zur Aufbringung der ersten Antireflexschicht 6 durch geführt. Abschließend werden dieselben Verfahrensschritte wie bei der Herstellung von Solarzelle 1 durchgeführt, mit der Besonderheit, daß die linienförmigen Fensteröffnungen 7 zu den hochdotierten Zonen 10 mittig angeordnet sind.

Claims

1. Solarzelle (1, 2) bestehend aus einem Halbleiterkörper (3, 4) mit pn-Übergang, einem auf der Rückseite des Halbleiter körpers vorgesehenen Rückseitenkontakt (5) und einem Kon taktfingersystem (8), das auf der für die Lichteinstrahlung vorgesehenen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers zwischen einer ersten und einer zweiten Antireflexschicht (6, 9) ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste auf der Emitterschicht des Halbleiterkörpers (3, 4) liegende Anti reflexschicht (6) Fensteröffnungen (7) in Form feiner Lini enstrukturen aufweist, zu denen die Kontaktfinger (8) quer verlaufen, und daß die Kontaktfinger (8) derart in Bereiche der Fensteröffnungen (7) eingreifen, daß eine lokale ohmsche Kontaktierung zwischen den Kontaktfingern (8) und der Emit terschicht des Halbleiterkörpers (3, 4) besteht.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterlinien (7) und Kontaktfinger (8) einen Winkel von etwa 90° einschließen.

3. Solarzelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterlinien (7) von einer Zellenkante zur gegen überliegenden Zellenkante geführt sind oder zwischen den Kontaktfingern (8) unterbrochen sind.

4. Solarzelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fensterlinien (7) vorzugsweise durch Ätzen über einen Photolackprozeß hergestellt sind.

5. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine Linienbreite von 0,01 mm bis 0,03 mm.

6. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die von den Kontaktfingern (8) unbedeckten Bereiche der Fensterlinien (7) der Halbleiter (3, 4) eine zweite die Kontaktfinger (8) bedeckende Antireflexschicht (9) besitzen.

7. Solarzelle nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (3, 4) linienförmi ge hochdotierte Zonen (10) aufweist, die mittig zu den lini enförmigen Fensteröffnungen (7) liegen.