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WO2012083944A2 - Verfahren zur herstellung von siliziumsolarzellen mit vorderseitiger textur und glatter rückseitenoberfläche - Google Patents

Verfahren zur herstellung von siliziumsolarzellen mit vorderseitiger textur und glatter rückseitenoberfläche Download PDF

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WO2012083944A2
WO2012083944A2 PCT/DE2011/075306 DE2011075306W WO2012083944A2 WO 2012083944 A2 WO2012083944 A2 WO 2012083944A2 DE 2011075306 W DE2011075306 W DE 2011075306W WO 2012083944 A2 WO2012083944 A2 WO 2012083944A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
silicon substrate
phase mixture
dielectric coating
naoh
silicon
Prior art date
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PCT/DE2011/075306
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English (en)
French (fr)
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WO2012083944A3 (de
Inventor
Adolf MÜNZER
Andreas Teppe
Jan Schöne
Mathias Hein
Jens KRÜMBERG
Sandra KRÜMBERG
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.)
Centrotherm Photovoltaics AG
Original Assignee
Centrotherm Photovoltaics 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.)
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Publication date
Application filed by Centrotherm Photovoltaics AG filed Critical Centrotherm Photovoltaics AG
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Priority to CN201180067305.9A priority patent/CN103354954B/zh
Publication of WO2012083944A2 publication Critical patent/WO2012083944A2/de
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a silicon carbide solar cell etched on one side.
  • the surface of a silicon solar cell, or of the silicon substrate used for the production of the silicon solar cell can be provided in a manner known per se with a
  • Texture to be provided Such a texture may consist, for example, of pyra ⁇ mides randomly distributed on the surface. These cause incident light to be reflected in part on the pyramidal surfaces several times, which compared to a smooth surface causes increased Lichteinkopp ⁇ ment in the silicon solar cell and thus improves the quantum ⁇ yield. Furthermore, by refraction effects an increasingly near-surface course of the coupled
  • Light causes in the silicon solar cell. Such light components can be absorbed closer to the electric field of a pn junction formed in the silicon solar cell As a result, they contribute to the generated electricity with an increased probability.
  • metallic optical mirrors are associated with a high charge carrier recombination rate at the interface of the metal to the silicon substrate.
  • This can be circumvented by a dielectric mirror coating the back of the Si ⁇ liziumsubstrats is provided instead of metallic reminding- mirror.
  • a dielectric coating on the back of Siliziumsub ⁇ strats is formed. This can consist of one or more of the ⁇ lectric layers.
  • the dielectric coating is formed such that light incident quanta are reflected to the greatest extent possible by the effect of total reflection on the dielectric Beschich ⁇ processing. This effect replaces the reflection of light quanta present on the optically denser medium in the case of the metallic rear-view mirrors.
  • the recombination can be substantially reduced speed of the charge carriers at the back of a Sili ⁇ ziumsolarzelle. It can recombining ⁇ nation speeds of less than 500 cm / s are achieved.
  • a hitherto conventional, full-surface aluminum back contact with a trained back surface field (often referred to as a back surface field) only achieves recombination velocities of the order of magnitude of 1000 cm / s.
  • An ohmic metallic back contact used without a back field and used as a back mirror has even recombination velocities of more than 10 6 cm / s.
  • the specular effect of the dielectric coating is due to the effect of total reflection of light on the dielectric coating.
  • this only occurs when the light strikes the interface between the silicon substrate and the dielectric coating at angles which satisfy the total reflection condition.
  • the fulfillment of this condition is favored by an oblique light coupling into the silicon substrate.
  • an oblique light coupling can be realized by means of a texture on the front of the silicon substrate for egg ⁇ NEN part of the incident light.
  • light is best a possible smooth back surface of the silicon substrate. Therefore, a high quantum efficiency can be realized by a texture on the front of the silicon substrate in combination with a mög ⁇ lichst smooth running back surface of the silicon substrate.
  • textures are usually formed wet-chemically by means of suitable texture etching solutions.
  • the smoothing or polishing of surfaces of the silicon substrates in an industrial scale is carried out wet-chemically ⁇ .
  • the silicon substrates are immersed in corresponding etching solutions.
  • textures are usually formed on the front side as well as on the back side.
  • a smoothing of the surface is usually on both the front ⁇ page as well as on the back.
  • the formation of a einsei ⁇ term polish, or the one-sided smoothing the surface of the silicon substrate is not yet, however, involves considerable manufacturing overhead, which reduces the advantage of improved quantum efficiency to a great extent if not overcompensated.
  • the object of the present invention is to provide a low-cost process for the production of silicon solar cells having a front-side texture and a smooth back surface.
  • the inventive method for manufacturing a single-sidedbahauer silicon solar cell provides that a front ⁇ side and a back side of a silicon substratevacgelegit subsequently a dielectric coating on the back of the silicon substrate is formed, and is textured in width ⁇ ren the front side of the silicon substrate by means of a Southeastern ⁇ turisermediums, wherein formed on the back of the silicon substrate dielectric coating is used as an etching mask over the Texturisermedium be.
  • the back side of the silicon substrate is that side which is aligned in the opposite fer ⁇ term solar cell to incident light. Dung under a smooth etching free in the sense of the present inventions etching is to be understood, by means of which the surface of the silicon substrate is smoothed so that einfal ⁇ lendes light having a wavelength between 400 nm and 1000 nm is reflected at least 15%.
  • a Polituriseren ahead in the sense ⁇ represents a special case of the Glättsleyens, wherein the surface of the silicon substrate so ge is ⁇ smoothes that incident light having a wavelength between 400 nm and 1000 nm is reflected at least 25%.
  • the dielectric coating is used herein as etch masking if the dielectric coating is not etched to a relevant extent by the texture etching medium in the context of the etching times required for the texturing of the front side.
  • the etch mask, ie the dielectric coating would be chemically inert to the texture etching medium. However, this is not mandatory.
  • the thickness of the dielectric coating and its density such that the dielectric coating does not remove to a relevant extent is so that the back of the silicon substrate is protected by the dielectric coating against the Texturisermedium and the dielectric coating remains in a ge ⁇ desired thickness on the silicon substrate.
  • the dielectric coating used as the etch mask is used as the optical back mirror in the finished solar cell, it can remain on the silicon substrate. Compared to other ⁇ tzmask Anlagenen this offers the advantage that the etching mask does not need to be removed after texturing the front and the silicon substrate ⁇ still can be completely immersed in the Texturisermedium to. This allows a low-cost one-sided texturing of the silicon substrate on its front side.
  • the front and the back of the silicon substrate aretrafge ⁇ etched, resulting to a rear texturing th and on the back with a dielectric coating is provided as optical rear mirror solar cell of the advantage that the dielectric coating due to the smoother back surface of the silicon substrate a homogeneous having thickness, which is beneficial to the optical ⁇ rule as well as the electrical properties of the dielectric coating.
  • the same amount of dielectric coating material may have a thicker dielectric coating may be formed at or ver ⁇ of comparable thickness, the amount of dielectric coating material used can be reduced.
  • the rear side of the silicon substrate is electrically passivated by means of the dielectric coating.
  • the surface recombination of charge carriers at the back of the silicon substrate is verrin ⁇ device. Due to the smooth back surface of the silicon substrate over a textured or textured back surface, an improved passivation effect can be achieved since no inhomogeneities occur at tips of textures or textures.
  • a stack of dielectric layers is formed as a dielectric coating. It has proven to be advantageous to design for this purpose, first a silicon oxide layer ⁇ on the back of the silicon substrate and to form below the silicon oxide layer on a Siliziumnit ⁇ nitride layer.
  • the silicon oxide layer is preferably formed in a thickness of less than 100 nm and the silicon nitride layer is preferably formed in a thickness of less than 200 nm.
  • the silicon oxide layer may be formed by thermal oxidation of the silicon substrate or by plasma-driven chemical deposition of the
  • the Silicon nitride layer is preferably by means of a plasma driven ⁇ chemical deposition from the vapor phase (PECVD) is formed.
  • PECVD plasma driven ⁇ chemical deposition from the vapor phase
  • the dielectric coating is maintained at temperatures of at least 700 ° C for a period of at least 5 minutes before a metal-containing medium is applied to the dielectric coating.
  • the dielectric coating can be densified and thus its resistance to etching media or a fürfeu ⁇ ren of metal-containing pastes through the dielectric coating can be increased.
  • the front and the back of the Si ⁇ liziumsubstrats betrafgelegit in an alkaline etching solution.
  • water-containing NaOH or KOH solutions having a NaOH or KOH concentration of from 10 to 50% by weight, particularly preferably from 15 to 30% by weight, have proved suitable. The use of such etching solutions is low cost.
  • a surface of the silicon substrate is cleaned at least on the back side thereof.
  • the electrical passivation effect of the dielectric coating can thereby be improved. This is preferably done by means of a HF ent holding ⁇ solution in which gaseous ozone is introduced. This allows a low-cost cleaning.
  • known cleaning sequences such as a so-called ⁇ "IMEC-clean” or become known under the term "RCA cleaning” cleaning sequence can be used. However, these are associated with additional expenses.
  • a more cost-effective alternative to these purification sequences is to use a solution containing HCl and HF. In practice, it has proven useful to immerse the silicon substrate in the solution used for the purpose of cleaning the backside.
  • the silicon substrate is immersed in the HF-containing solution.
  • the HF contained ⁇ tend enters solution with the on the back of Siliziumsub- strats formed dielectric coating in contact.
  • the HF concentration of the HF-containing solution and the etching time are advantageously chosen in this case such that the dielectric coating is only slightly etched.
  • HF solutions for overetching the front surface of the silicon substrate have been found to be aqueous HF solutions having an HF concentration of less than 5 weight percent, preferably less than 2 and more preferably less than 1 weight percent.
  • an emitter on the front surface of the silicon substrate ⁇ is formed by texturing the front surface of the Si ⁇ liziumsubstrats by dopant is diffused into the front surface of the silicon substrate. Since during this diffusion step, the dielectric coating already formed on the back of the silicon substrate, the ⁇ se can be during the diffusion process as a diffusion barrier ver ⁇ spent. This allows a low-complexity Realisie ⁇ tion of a one-sided emitter diffusion regardless of the type of diffusion technology used.
  • the diffusion for example, in batch mode using a POCl 3 diffusion or be implemented in a continuous diffusion furnace using diffusion sources which are applied to the front side For ⁇ te of the silicon substrate (so-called pre-curser diffusion).
  • pre-curser diffusion diffusion sources which are applied to the front side For ⁇ te of the silicon substrate.
  • the silicon substrate is cleaned prior to the diffusion of dopant by means of an etching solution.
  • the cleaning has proven by means of a HF and HCl-containing etching solution.
  • the composition of the etching solution and etching parameters such as the etching time are to be chosen so that the dielectric coating on the back of the silicon ⁇ substrate is not etched to a relevant extent.
  • the Pra ⁇ xis have HF and etching solutions containing HF with a concentration of less than 5 weight percent HCl, preferably ⁇ example of less than 2 and most preferably less than 1 weight percent, proven.
  • the texture etching medium may be a NaOH or KOH texture etching solution.
  • a development of the invention therefore provides that a texture etching medium containing NaOH and KOH is used as texture etching medium and a product obtainable by mixing at least one polyethylene glycol with a base to form a single-phase mixture, heating the single-phase mixture to a temperature of 80 ° C and resting the single-phase mixture under ambient air until the single-phase mixture is discolored.
  • base is here in principle any compound and any element to understand, which is capable of forming aqueous ions in hydroxide solution.
  • a single-phase mixture Under a single-phase mixture is to be understood that the mixture, even with a longer service life of some Hours, not separated into several phases of different densities. Ambient air in this sense is a Gasge ⁇ mixed, as is usually present on Earth in human ⁇ be settled areas.
  • the term "resting glass” does not necessarily mean an absolute rest of the mixture. In principle, the mixture can also be moved.
  • a discoloration of the single-phase mixture occurs when the single-phase mixture changes color from its original color. In particular, a discoloration is present when a previously transparent single-phase mixture assumes a color. The duration of the rest until discoloration depends on many parameters, especially the mixed substances. Usually it takes a rest during a time of about 15 minutes to 16 hours.
  • the further described makes it possible to form, on thetrafge ⁇ etched front surface of the silicon substrate a complete and uniform texture.
  • the product contained in the texture etching solution is obtainable by mixing at least one polyethylene glycol with a base and water to form a single-phase mixture, heating the single-phase mixture to a temperature of 80 ° C and allowing the single-phase mixture to stand still Ambient air until the single-phase mixture is discolored.
  • an aqueous alkali hydroxide solution is mixed with the at least one polyethylene glycol.
  • a product is always preferably used, which was allowed to rest until the single-phase mixture assumed a hue, which is in the optical color spectrum between orange and red-brown, particularly preferably until it assumes a red-brown hue.
  • the inventive method allows the use of expense ⁇ cheaper alkaline etching and Texturiseriten. Furthermore, it allows a minimization of the select ⁇ etched from the silicon substrate amount of silicon and thus also a reduction in the consumption of etching media, both of which has an advantageous effect on the production cost of a solar cell.
  • the method of the invention is compatible with modern solar cell manufacturing processes. For example, laser diffusion steps to form a selective emitter structure or steps to local can easily occur
  • a silicon solar cell has been produced in accordance with the method according to the invention and has a dielectric coating which has been formed on a smooth back surface.
  • the dielectric coating was formed on a textured back side.
  • the improved light reflection at the solar cell rear side and the dielectric passivation of the back side are used ge ⁇ profitably in the case of the solar cell with a smooth back side, while the solar cell with texturing tured back has values which differ only slightly from those of solar cells without dielectric backside passivation.
  • Figure 1 Schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention.
  • a monocrystalline silicon substrate on both sides that is, front and back politurgelegit, 10.
  • this is done in a KOH solution with a KOH concentration of 25 weight percent.
  • WUR As set forth above ⁇ de, provides the Polituriseren a special case of Glatttrainens is. In this case, the existing saw damage on the silicon substrate is suitably etched and removed in this example 10.
  • this cleaning step 12 can improve the electrical passivation effect of a subsequently formed dielectric coating.
  • a silicon oxide film is formed on the backside of the silicon substrate 14. This can be done by means of ther ⁇ mixer oxidation of the back surface of the silicon substrate or by depositing silicon oxide on the back of the silicon substrate. In the latter case, a plasma-driven chemical vapor deposition (PECVD) is used above ⁇ preferably. Subsequently, by means of PECVD silicon nitride film formed on the silicon oxide layer deposited ⁇ 16. This silicon nitride layer forms together with the previously formed silicon oxide layer, the dielectric coating.
  • PECVD plasma-driven chemical vapor deposition
  • the silicon is subsequently ziumsubstrat in an HF solution containing 18 over-etched to remove on the front side of the silicon substrate deposited, para-university ⁇ dielectrics.
  • the overetch 18 is realized here by means of a brief immersion of the silicon substrate in the HF-containing solution, which is sometimes referred to as "HF dip."
  • the HF concentration of the HF-containing solution and the etching time are chosen so that those on the back of the Silicon substrate formed dielectric coating is only slightly etched so that their Funkti ⁇ on is not impaired.
  • the front side of the silicon substrate is textured by means of a Texturisers 20.
  • the silicon substrate is dipped into the texture ⁇ etching solution.
  • dielectric coating 16 since ⁇ used in the etching mask over the Texturisers so that no texture is formed on the backside of the silicon substrate.
  • Texturteils containing by providing 48 an NaOH, which also contains a product which, as shown schematically in Figure 1 indicated, it is ⁇ biblich by mixing 40 of tetraethylene glycol with an aqueous NaOH solution to form a single phase mixture, heating 42 of the single-phase mixture to a tempera ture of 80 ° C ⁇ , resting the single phase mixture under environ- ambient air, ie waiting 44 until a discoloration of the einpha ⁇ sigen mixture enters into a red-brown color and subsequently admixing 46 of hydrochloric acid to the single-phase mixture.
  • the silicon substrate is cleaned in a solution containing HCl and HF 22.
  • the etching parameters are chosen such that the dielectric coating on the backside of the silicon substrate is not relevant
  • Scope is etched. Subsequently, a phosphorus diffusion 24 for the purpose of forming an emitter on the Vordersei ⁇ te of the silicon substrate. During the phosphorus diffusion 24, the dielectric coating on the backside of the silicon substrate serves as a diffusion barrier, so that no phosphorus can diffuse into the backside of the silicon substrate.
  • an optional, local laser diffusion 26 can take place on the front side of the silicon substrate.
  • the silicon substrate can for example be locally heated so ⁇ the, so that a locally enhanced diffusion of phosphorus from a phosphorus diffusion 24 is formed during the phosphorus glass takes place in the silicon substrate.
  • selective emitter structures can be formed in this way.
  • the dielectric coating on the back of the silicon substrate locally by means of a laser, or the laser radiation, open 28 About this local openings have to be contacted in the further means of a layer applied to the dielectric loading ⁇ coating metallization, the backside of the silicon substrate. This is followed by etching 30 of the phosphor glass.
  • a hydrogen-containing Si ⁇ liziumnitrid 32 is then deposited, which coating serves as Antireflexionsbe- the solar cell and the hydrogen content allows De Stammpassivitation in the volume of the silicon substrate.
  • the front and the back of the silicon are metallized 34 in a conventional manner, for example by means of known printing processes such as screen ⁇ printing process, and the metallizations on the front and back then fired 36 to the electrical front and rear contacts to produce the solar cell.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer einseitig glattgeätzten Siliziumsolarzelle, bei welchem eine Vorderseite und eine Rückseite eines Siliziumsubstrats glattgeätzt werden (10), nachfolgend eine dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet wird (14, 16) und nachfolgend die Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels eines Texturätzmediums texturiert wird (20), wobei die auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildete dielektrische Beschichtung als Ätzmaskierung gegenüber dem Texturätzmedium verwendet wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Siliziumsolarzellen mit vorderseitiger Textur und glatter Rückseitenoberfläche
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einseitig glattgeätzten Siliziumsolarzelle.
Auf dem Gebiet der Photovoltaik wird eine Reduktion des für die Stromerzeugung erforderlichen Aufwands angestrebt. Dies kann zum einen durch eine Erhöhung des Wirkungsgrads gefertig¬ ter Solarzellen erreicht werden, zum anderen durch eine Reduk- tion des für die Herstellung von Solarzellen erforderlichen
Aufwands. Eine Wirkungsgradverbesserung setzt voraus, dass ein größerer Anteil eingestrahlter Lichtquanten Elektron-Loch- Paare erzeugt und/oder ein größerer Anteil erzeugter Elektron- Loch-Paare vor deren Rekombination abgeführt wird. Die soge- nannte Quantenausbeute oder Quanteneffizienz ist demzufolge zu verbessern .
Zu diesem Zweck kann die Oberfläche einer Siliziumsolarzelle, bzw. des für die Herstellung der Siliziumsolarzelle verwende- ten Siliziumsubstrats, in an sich bekannter Weise mit einer
Textur versehen werden. Solch eine Textur kann beispielsweise aus statistisch auf der Oberfläche verteilt angeordneten Pyra¬ miden bestehen. Diese bewirken, dass einfallendes Licht zum Teil an den Pyramidenflächen mehrfach reflektiert wird, was gegenüber einer glatten Oberfläche eine erhöhte Lichteinkopp¬ lung in die Siliziumsolarzelle bewirkt und damit die Quanten¬ ausbeute verbessert. Des Weiteren wird durch Brechungseffekte ein vermehrt oberflächennaher Verlauf des eingekoppelten
Lichts in der Siliziumsolarzelle bewirkt. Derart verlaufende Lichtanteile können näher an dem elektrischen Feld eines in der Siliziumsolarzelle ausgebildeten pn-Überganges absorbiert werden und tragen infolgedessen mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit zum generierten Strom bei.
Ferner kann schräg im Volumen der Siliziumsolarzelle verlau- fendes Licht einen längeren Weg zurücklegen, ehe es auf Grenzflächen der Siliziumsolarzelle trifft. Aufgrund vergleichswei¬ se großer Absorptionslängen langwelliger, roter Lichtanteile des einfallenden Lichts ist dies insbesondere im roten Spekt¬ ralbereich von Vorteil. Da in der industriellen Solarzellen- fertigung immer dünnere Solarzellensubstrate verwendet werden, gewinnt der rote Spektralbereich zusätzlich an Bedeutung. Zur Verbesserung der Quantenausbeute wird daher auf der Rückseite des Siliziumsubstrats, also auf einer dem einfallenden Licht abgewandten Seite des Siliziumsubstrats, eine Metallschicht als optischer Spiegel aufgebracht. Infolgedessen kann auf ei¬ ner Vorderseite des Siliziumsubstrats einfallendes, langwelli¬ ges Licht an der Rückseite des Siliziumsubstrats reflektiert werden. Hierdurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für eine Absorption langwelligen Lichts im Volumen des Siliziumsub- strats und damit die Wahrscheinlichkeit für die Generation ei¬ nes Elektron-Loch-Paares. Ohne optischen Spiegel an der Rück¬ seite des Siliziumsubstrats würde hingegen ein größerer Licht¬ anteil das Siliziumsubstrat durchlaufen, ohne absorbiert zu werden .
Es hat sich allerdings gezeigt, dass metallische optische Spiegel mit einer hohen Ladungsträgerrekombinationsrate an der Grenzfläche des Metalls zu dem Siliziumsubstrat einhergehen. Dies lässt sich umgehen, indem statt metallischer Rückseiten- Spiegel eine dielektrische Verspiegelung der Rückseite des Si¬ liziumsubstrats vorgesehen wird. Zu diesem Zweck wird eine dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsub¬ strats ausgebildet. Diese kann aus einer oder mehreren die¬ lektrischen Schichten bestehen. Die dielektrische Beschichtung wird derart ausgebildet, dass auf die dielektrische Beschich¬ tung treffende Lichtquanten zu einem möglichst großen Teil durch den Effekt der Totalreflexion reflektiert werden. Dieser Effekt ersetzt die im Falle der metallischen Rückseitenspiegel vorliegende Reflexion der Lichtquanten am optisch dichteren Medium.
Mit derartigen, als dielektrischen Rückseitenspiegeln dienenden dielektrischen Beschichtungen kann die Rekombinations- geschwindigkeit der Ladungsträger an der Rückseite einer Sili¬ ziumsolarzelle deutlich verringert werden. Es können Rekombi¬ nationsgeschwindigkeiten von weniger als 500 cm/ s erreicht werden. Ein bislang üblicher, ganzflächiger Aluminiumrückkontakt mit ausgebildetem Rückseitenfeld (häufig als back surface field bezeichnet) erreicht hingegen nur Rekombinations¬ geschwindigkeiten in der Größenordnung von 1000 cm/ s . Ein ohmscher und als Rückseitenspiegel verwendeter metallischer Rück- kontakt ohne Rückseitenfeld weist sogar Rekombinations¬ geschwindigkeiten von über 106 cm/ s auf.
Wie bereits dargelegt wurde, beruht die spiegelnde Wirkung der dielektrischen Beschichtung auf dem Effekt der Totalreflexion von Licht an der dielektrischen Beschichtung. Diese stellt sich jedoch nur ein, wenn das Licht unter Winkeln auf die Grenzfläche zwischen Siliziumsubstrat und dielektrischer Be¬ schichtung trifft, welche die Totalreflexionsbedingung erfüllen. Die Erfüllung dieser Bedingung wird durch eine schräge Lichteinkopplung in das Siliziumsubstrat begünstigt. Wie oben dargelegt wurde, kann eine schräge Lichteinkopplung mittels einer Textur auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats für ei¬ nen Teil des einfallenden Lichts realisiert werden. Um für einen möglichst großen Teil des in die Siliziumsolarzelle einge¬ koppelten Lichts die Bedingung für eine Totalreflexion an der Rückseite zu erfüllen, eignet sich am besten eine möglichst glatte Rückseitenoberfläche des Siliziumsubstrats. Eine hohe Quantenausbeute lässt sich daher durch eine Textur auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats in Verbindung mit einer mög¬ lichst glatt ausgeführten rückseitigen Oberfläche des Silizi- umsubstrats realisieren.
In der industriellen Solarzellenfertigung werden Texturen üblicherweise nasschemisch mittels geeigneter Texturätzlösungen ausgebildet. Auch die Glättung, bzw. Politur, von Oberflächen der Siliziumsubstrate in industriellem Maßstab erfolgt nass¬ chemisch. In der Regel werden hierbei die Siliziumsubstrate in entsprechende Ätzlösungen getaucht. Infolgedessen werden Texturen üblicherweise auf der Vorderseite, wie auch auf der Rückseite ausgebildet. In entsprechender Weise erfolgt eine Glättung der Oberfläche üblicherweise sowohl auf der Vorder¬ seite wie auch auf der Rückseite. Die Ausbildung einer einsei¬ tigen Politur, bzw. die einseitige Glättung der Oberfläche des Siliziumsubstrats ist bislang hingegen mit einem erheblichen Fertigungsmehraufwand verbunden, welcher den Vorteil einer verbesserten Quantenausbeute in erheblichem Maß schmälert wenn nicht gar überkompensiert.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aufwandsgünstiges Verfahren zur Herstel- lung von Siliziumsolarzellen mit vorderseitiger Textur und glatter rückseitiger Oberfläche zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma¬ len des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegens- tand abhängiger Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer einseitig glattgeätzten Siliziumsolarzelle sieht vor, dass eine Vorder¬ seite und eine Rückseite eines Siliziumsubstrats glattgeätzt werden, nachfolgend eine dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet wird und im Weite¬ ren die Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels eines Tex¬ turätzmediums texturiert wird, wobei die auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildete dielektrische Beschichtung als Ätzmaskierung gegenüber dem Texturätzmedium verwendet wird.
Unter einer Vorderseite des Siliziumsubstrats ist dabei dieje¬ nige Seite des Siliziumsubstrats zu verstehen, welche bei der aus dem Siliziumsubstrat gefertigten Solarzelle dem einfallen¬ den Licht zugewandt wird. Dementsprechend stellt die Rückseite des Siliziumsubstrats diejenige Seite dar, welche bei der fer¬ tigen Solarzelle dem einfallenden Licht abgewandt ausgerichtet wird. Unter einem Glattätzen im Sinne der vorliegenden Erfin- dung ist ein Ätzen zu verstehen, mittels welchem die Oberfläche des Siliziumsubstrats derart geglättet wird, dass einfal¬ lendes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 1000 nm zu mindestens 15 % reflektiert wird. Ein Politurätzen im vor¬ liegenden Sinne stellt einen Sonderfall des Glättätzens dar, bei welchem die Oberfläche des Siliziumsubstrats derart ge¬ glättet wird, dass einfallendes Licht mit einer Wellenlänge zwischen 400 nm und 1000 nm zu mindestens 25 % reflektiert wird . Die dielektrische Beschichtung wird im vorliegenden Sinne als Ätzmaskierung verwendet, wenn die dielektrische Beschichtung von dem Texturätzmedium im Rahmen der für die Texturierung der Vorderseite erforderlichen Ätzzeiten nicht in relevantem Umfang geätzt wird. Idealerweise wäre die Ätzmaskierung, d. h. die dielektrische Beschichtung, gegenüber dem Texturätzmedium chemisch inert. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Grundsätzlich ist es ausreichend, die Dicke der dielektrischen Beschichtung sowie deren Dichte derart zu wählen, dass die dielektrische Beschichtung nicht in relevantem Umfang entfernt wird, sodass die Rückseite des Siliziumsubstrats durch die dielektrische Beschichtung gegenüber dem Texturätzmedium geschützt wird und die dielektrische Beschichtung in einer ge¬ wünschten Dicke auf dem Siliziumsubstrat verbleibt.
Da die als Ätzmaskierung verwendete dielektrische Beschichtung bei der fertigen Solarzelle als optischer Rückseitenspiegel eingesetzt wird, kann sie auf dem Siliziumsubstrat verbleiben. Gegenüber anderen Ätzmaskierungen bietet dies den Vorteil, dass die Ätzmaskierung nach dem Texturieren der Vorderseite nicht entfernt zu werden braucht und das Siliziumsubstrat den¬ noch vollständig in das Texturätzmedium eingetaucht werden kann. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige einseitige Textu- rierung des Siliziumsubstrats auf dessen Vorderseite. Da die Vorderseite und die Rückseite des Siliziumsubstrats glattge¬ ätzt werden, ergibt sich gegenüber einer rückseitig texturier- ten und auf der Rückseite mit einer dielektrischen Beschichtung als optischen Rückseitenspiegel versehenen Solarzelle der Vorteil, dass die dielektrische Beschichtung aufgrund der glatteren rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats eine homogenere Dicke aufweist, was sich vorteilhaft auf die opti¬ schen wie auch die elektrischen Eigenschaften der dielektrischen Beschichtung auswirkt. Des Weiteren kann mit derselben Menge an dielektrischem Beschichtungsmaterial eine dickere dielektrische Beschichtung ausgebildet werden oder bei ver¬ gleichbarer Dicke die Menge des eingesetzten dielektrischen Beschichtungsmaterials reduziert werden. Dies ist darauf zu¬ rückzuführen, dass eine texturierte Rückseite eine größere Oberfläche aufweist (etwa um den Faktor 1,7) als eine glatte Rückseite, und daher die eingesetzte Menge an dielektrischem Beschichtungsmaterial im Falle der texturierten Rückseite auf einer größeren Oberfläche zu verteilen ist. Zudem kann als Nebeneffekt eine erhöhte Bruchfestigkeit der Siliziumsubstrate aufgrund deren glatter rückseitiger Oberfläche bewirkt werden. Das Glattätzen von Vorder- und Rückseite des Siliziumsubstrats kann zeitgleich in einem gemeinsamen Ätzschritt erfolgen. Vorteilhafterweise werden Sägeschäden oder sonstige Oberflä¬ chendefekte des Siliziumsubstrats im Rahmen des Glattätzens geätzt und dabei entfernt.
Als Siliziumsubstrate können monokristalline Siliziumsubstrate verwendet werden, bei welchen sich die Erfindung besonders be¬ währt hat .
Vorzugsweise wird die Rückseite des Siliziumsubstrats mittels der dielektrischen Beschichtung elektrisch passiviert. Hier- durch wird die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit der Ladungsträger an der Rückseite des Siliziumsubstrats verrin¬ gert. Aufgrund der glatten rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats gegenüber einer strukturierten oder texturierten rückseitigen Oberfläche kann eine verbesserte Passivierungs- Wirkung erzielt werden, da keine Inhomogenitäten an Spitzen von Texturen oder Strukturen auftreten.
Vorzugsweise wird als dielektrische Beschichtung ein Stapel dielektrischer Schichten ausgebildet. Es hat sich als vorteil- haft erwiesen, zu diesem Zweck zunächst eine Siliziumoxid¬ schicht auf der Rückseite des Siliziumsubstrats auszubilden und nachfolgend auf der Siliziumoxidschicht eine Siliziumnit¬ ridschicht auszubilden. Dabei wird die Siliziumoxidschicht vorzugsweise in einer Dicke von weniger als 100 nm und die Si- liziumnitridschicht vorzugsweise in einer Dicke von weniger als 200 nm ausgebildet. Die Siliziumoxidschicht kann mittels thermischer Oxidation des Siliziumsubstrats ausgebildet oder mittels plasmagetriebener chemischer Abscheidung aus der
Dampfphase auf das Siliziumsubstrat aufgebracht werden. Die Siliziumnitridschicht wird bevorzugt mittels einer plasma¬ getriebenen chemischen Abscheidung aus der Dampfphase (PECVD) ausgebildet . Wird ein Stapel dielektrischer Schichten aus einer auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildeten Siliziumoxid¬ schicht und einer nachfolgend auf der Siliziumoxidschicht aus¬ gebildeten Siliziumnitridschicht eingesetzt, so hat es sich in der Praxis bewährt, Siliziumoxidschichten in einer Dicke zwi- sehen 5 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 50 nm, auszubilden. In diesem Zusammenhang hat es sich ferner bewährt, Siliziumnitridschichten in einer Dicke zwischen 50 nm und 200 nm, vorzugsweise zwischen 70 nm und 150 nm, auszubil¬ den .
Vorteilhafterweise wird die dielektrische Beschichtung während eines Zeitraums von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von wenigstens 700°C gehalten, bevor ein metallhaltiges Medium auf die dielektrische Beschichtung aufgebracht wird. Auf diese Weise kann die dielektrische Beschichtung verdichtet und damit deren Widerstandsfähigkeit gegen Ätzmedien oder ein Durchfeu¬ ern von metallhaltigen Pasten durch die dielektrische Beschichtung erhöht werden. Vorzugsweise werden die Vorderseite und die Rückseite des Si¬ liziumsubstrats in einer alkalischen Ätzlösung glattgeätzt. In diesem Zusammenhang haben sich Wasser enthaltende NaOH- oder KOH-Lösungen mit einer NaOH- oder KOH-Konzentration von 10 bis 50 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt von 15 bis 30 Ge- wichtsprozent , bewährt. Die Verwendung derartiger Ätzlösungen ist aufwandsgünstig. Zudem erlauben sie ein Glattätzen von Siliziumsubstraten in großen Stückzahlen und sind somit in der industriellen Massenfertigung einsetzbar. Des Weiteren sind mit Ätzlösungen, die die genannten NaOH- oder KOH- Konzentrationen aufweisen, Reflexionen über 35 % im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 1000 nm realisierbar, sodass sie ein Politurätzen ermöglichen. Bevorzugt wird als Texturätzmedium eine alkalische Texturätz¬ lösung verwendet, vorzugsweise eine NaOH oder KOH aufweisende Texturätzlösung. Wie bereits erwähnt wurde, erlauben derartige Texturät z lösungen eine aufwandsgünstige Verfahrensführung und sind zudem für die industrielle Massenfertigung gut geeignet.
Vorteilhafterweise wird vor dem Ausbilden der dielektrischen Beschichtung eine Oberfläche des Siliziumsubstrats zumindest auf dessen Rückseite gereinigt. Die elektrische Passivierungs- wirkung der dielektrischen Beschichtung kann hierdurch verbes- sert werden. Vorzugsweise erfolgt dies mittels einer HF ent¬ haltenden Lösung, in welche gasförmiges Ozon eingeleitet wird. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Reinigung. Alternativ können bekannte Reinigungssequenzen, beispielsweise eine soge¬ nannte „IMEC-Reinigung" oder eine unter dem Begriff „RCA- Reinigung" bekannt gewordene Reinigungssequenz verwendet werden. Diese sind jedoch mit einem Mehraufwand verbunden. Eine gegenüber diesen Reinigungssequenzen aufwandsgünstigere Alternative besteht darin, eine HCl und HF enthaltende Lösung zu verwenden. In der Praxis hat es sich bewährt, das Siliziumsub- strat zum Zwecke der Reinigung der Rückseite in die verwendete Lösung einzutauchen.
Bevorzugt wird nach dem Ausbilden der dielektrischen Beschichtung zumindest die Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels einer HF enthaltenden Lösung überätzt, um beim Ausbilden der dielektrischen Beschichtung auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats abgeschiedene Dielektrika zu entfernen. Auf diese Weise kann eine Beeinträchtigung der Textur durch parasitäre Dielektrika auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats vermie- den oder zumindest verringert werden. Bei einer aufwandsgüns¬ tigen Ausführungsvariante wird das Siliziumsubstrat in die HF enthaltende Lösung eingetaucht. Dabei gelangt die HF enthal¬ tende Lösung auch mit der auf der Rückseite des Siliziumsub- strats ausgebildeten dielektrischen Beschichtung in Kontakt. Die HF-Konzentration der HF enthaltenden Lösung und die Ätzzeit werden vorteilhafterweise in diesem Fall derart gewählt, dass die dielektrische Beschichtung nur geringfügig geätzt wird. In der Praxis haben sich als HF enthaltende Lösungen zum Überätzen der Vorderseite des Siliziumsubstrats wässrige HF- Lösungen mit einer HF-Konzentration von weniger als 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise von weniger als 2 und besonders bevorzugt von weniger als 1 Gewichtsprozent, bewährt. Vorzugsweise wird nach dem Texturieren der Vorderseite des Si¬ liziumsubstrats ein Emitter auf der Vorderseite des Silizium¬ substrats ausgebildet, indem Dotierstoff in die Vorderseite des Siliziumsubstrats eindiffundiert wird. Da während dieses Diffusionsschritts die dielektrische Beschichtung bereits auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet ist, kann die¬ se während des Diffusionsvorgangs als Diffusionsbarriere ver¬ wendet werden. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Realisie¬ rung einer einseitigen Emitterdiffusion unabhängig von der Art der eingesetzten Diffusionstechnologie. So kann die Diffusion beispielsweise im Stapelbetrieb mittels einer POCl3-Diffusion oder in einem Durchlaufdiffusionsofen unter Verwendung von Diffusionsquellen realisiert werden, welche auf die Vordersei¬ te des Siliziumsubstrats aufgebracht werden (sogenannte Pre- curser-Diffusion) . Eine Kantenisolation kann daher entfallen.
Vorzugsweise wird das Siliziumsubstrat vor der Eindiffusion von Dotierstoff mittels einer Ätzlösung gereinigt. In diesem Zusammenhang hat sich die Reinigung mittels einer HF und HCl enthaltenden Ätzlösung bewährt. Die Zusammensetzung der Ätzlö- sung und Ätzparameter wie die Ätzdauer sind so zu wählen, dass die dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Silizium¬ substrats nicht in relevantem Umfang geätzt wird. In der Pra¬ xis haben sich HF und HCl enthaltende Ätzlösungen mit einer HF-Konzentration von weniger als 5 Gewichtsprozent, vorzugs¬ weise von weniger als 2 und besonders bevorzugt von weniger als 1 Gewichtsprozent, bewährt.
Wie oben dargelegt wurde, kann als Texturätzmedium eine NaOH oder KOH aufweisende Texturätzlösung Verwendung finden. Wie sich herausstellte, kann es jedoch vorkommen, dass derartige Texturätzlösungen, die in der Regel Isopropylalkohol enthal¬ ten, eine glatt- oder politurgeätzte Siliziumoberfläche lokal nicht oder mit zeitlicher Verzögerung angreifen. Dies kann zu Inhomogenitäten in der Textur führen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, dass als Texturätzmedium eine Texturätzlösung verwendet wird, welche NaOH und KOH enthält sowie ein Erzeugnis, welches erhältlich ist durch Mischen wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs, Erwärmen des einphasigen Gemischs auf eine Temperatur von 80 °C und Ruhenlassen des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt. Unter Base ist hierbei grundsätzlich jede Verbindung und jedes Element zu verstehen, welches in der Lage ist, in wässriger Lösung Hydroxid-Ionen zu bilden. Bevorzugt wird als Base ein Alkalihydroxid oder ein Ammoniumhydroxid, besonders bevorzugt Kalium- oder Natriumhydroxid verwendet. Der Massean¬ teil des verwendeten Alkalihydroxids an den zum Zwecke der Ausbildung des einphasigen Gemisches gemischten Bestandteilen, beispielsweise Tetraethylenglykol und Kaliumhydroxid, beträgt 1 bis 10 Masseprozent, vorzugsweise etwa 7 Masseprozent.
Unter einem einphasigen Gemisch ist vorliegend zu verstehen, dass das Gemisch, selbst bei längerer Standzeit von einigen Stunden, nicht in mehrere Phasen unterschiedlicher Dichte separiert. Umgebungsluft im vorliegenden Sinne ist ein Gasge¬ misch, wie es üblicherweise auf der Erde in von Menschen be¬ siedelten Bereichen vorliegt. Unter dem Begriff des Ruhenlas- sens ist nicht zwingend eine absolute Ruhe des Gemischs zu verstehen. Grundsätzlich kann das Gemisch auch bewegt werden. Eine Verfärbung des einphasigen Gemischs liegt vor, wenn das einphasige Gemisch seine Farbe gegenüber seiner ursprünglichen Farbe ändert. Insbesondere liegt eine Verfärbung vor, wenn ein zuvor transparentes einphasiges Gemisch eine Farbe annimmt. Die Dauer des Ruhenlassens bis zu der Verfärbung hängt von vielen Parametern ab, insbesondere den gemischten Substanzen. Überwiegend bedarf es eines Ruhenlassens während einer Zeit von etwa 15 Minuten bis 16 Stunden.
Die beschriebene Weiterbildung ermöglicht es, auf der glattge¬ ätzten vorderseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats eine vollständige und gleichmäßige Textur auszubilden. Eine Variante der beschriebenen Weiterbildung sieht vor, dass das in der Texturätzlösung enthaltene Erzeugnis erhältlich ist durch Mischen wenigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base und Wasser unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs, Erwärmen des einphasigen Gemischs auf eine Temperatur von 80 °C und Ruhenlassen des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt. Vorzugsweise wird in diesem Fall bei der Herstellung des Erzeugnisses eine wässrige Alkalihydroxidlösung mit dem wenigstens einen Polyethylengly- kol vermischt.
In einer weiteren Variante der beschriebenen Weiterbildung wird als in der Texturätzlösung enthaltenes Erzeugnis ein Er¬ zeugnis verwendet, welches erhältlich ist durch Mischen we¬ nigstens eines Polyethylenglykols mit einer Base unter Ausbil- dung eines einphasigen Gemischs, Erwärmen des einphasigen Ge- mischs auf eine Temperatur von 80°C, Ruhenlassen des einphasi¬ gen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt und Beimengung einer nicht-oxidierenden Säure zu dem einphasigen Gemisch nach dessen Verfärbung. Bei dieser nicht-oxidierenden Säure handelt es sich vorzugsweise um Salzsäure oder Essigsäure. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die nicht-oxidierende Säure derart beizumengen, dass sich ein pH-Wert von kleiner als 7, vorzugweise von kleiner als 3, ein- stellt. Durch den Einsatz eines solchen Erzeugnisses kann ei¬ ner vorzeitigen Verschlechterung der Ätzwirkung der Texturätzlösung entgegengewirkt werden.
Bei den beschriebenen Varianten der Weiterbildung wird stets vorzugsweise ein Erzeugnis eingesetzt, welches Ruhengelassen wurde, bis das einphasige Gemisch einen Farbton annahm, der im optischen Farbspektrum zwischen orange und rot-braun liegt, besonders bevorzugt bis es einen rot-braunen Farbton annimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt den Einsatz aufwands¬ günstiger alkalischer Ätz- und Texturätzlösungen. Des Weiteren erlaubt es eine Minimierung der von dem Siliziumsubstrat abge¬ ätzten Siliziummenge und damit auch eine Reduzierung des Verbrauchs an Ätzmedien, was sich beides vorteilhaft auf den Herstellungsaufwand für eine Solarzelle auswirkt.
Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren mit modernem Solarzellenherstellungsverfahren kompatibel. So können beispielsweise problemlos Laserdiffusionsschritte zur Ausbildung einer selektiven Emitterstruktur oder Schritte zur lokalen
Öffnung der dielektrischen Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsubstrats mittels Laser oder Ätzpaste integriert wer¬ den. Bewährte Herstellungsschritte wie die Ausbildung einer Antireflexionsbeschichtung und gleichzeitige Passivierung des Siliziumsubstratvolumens mittels Wasserstoff durch Aufbringen einer Siliziumnitridschicht können problemlos mit der Erfin¬ dung kombiniert werden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Solarzellenparameter zweier Siliziumsolarzellen :
Figure imgf000016_0001
Diese unterscheiden sich dadurch, dass eine Siliziumsolarzelle in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde und eine dielektrische Beschichtung aufweist, welche auf einer glatten Rückseite ausgebildet wurde. Bei der zweiten Siliziumsolarzelle wurde die dielektrische Beschich¬ tung hingegen auf einer texturierten Rückseite ausgebildet. Wie sich anhand der Werte für Kurzschlußstrom und Leerlauf¬ spannung zeigt, kann im Fall der Solarzelle mit einer glatten Rückseite die verbesserte Lichtreflexion an der Solarzellenrückseite und die dielektrische Passivierung der Rückseite ge¬ winnbringend genutzt werden, während die Solarzelle mit textu- rierter Rückseite Werte aufweist, die sich nur wenig von denen von Solarzellen ohne dielektrische Rückseitenpassivierung unterscheiden .
Im Weiteren wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläu- tert . Es zeigt: Figur 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird ein monokristallines Siliziumsubstrat beidseitig, d. h. Vorder- und Rückseite, politurgeätzt 10. Im vorliegenden Ausführungs¬ beispiel erfolgt dies in einer KOH-Lösung mit einer KOH- Konzentration von 25 Gewichtsprozent. Wie oben dargelegt wur¬ de, stellt das Politurätzen einen Sonderfall des Glattätzens dar. Dabei wird zweckmäßigerweise der auf dem Siliziumsubstrat vorhandene Sägeschaden geätzt und in dieser Weise entfernt 10.
Im Weiteren wird das Siliziumsubstrat in einer HF enthaltenen Lösung, in welche gasförmiges Ozon eingeleitet wird, gereinigt 12. Wie bereits erläutert wurde, stellt dies eine aufwands¬ günstige Reinigungsmöglichkeit dar. Grundsätzlich können je¬ doch auch andere an sich bekannte Reinigungssequenzen verwendet werden. Wie oben beschrieben wurde, lässt sich durch diesen Reinigungsschritt 12 die elektrische Passivierungswirkung einer nachfolgend ausgebildeten dielektrischen Beschichtung verbessern .
Zum Zwecke des Ausbildens einer dielektrischen Beschichtung wird im Weiteren eine Siliziumoxidschicht auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet 14. Dies kann mittels ther¬ mischer Oxidation der rückseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats erfolgen oder durch Abscheiden von Siliziumoxid auf der Rückseite des Siliziumsubstrats. Im letzteren Fall wird vor¬ zugsweise eine plasmagetriebene chemische Abscheidung aus der Dampfphase (PECVD) eingesetzt. Nachfolgend wird mittels PECVD eine Siliziumnitridschicht auf der ausgebildeten Siliziumoxid¬ schicht abgeschieden 16. Diese Siliziumnitridschicht bildet zusammen mit der zuvor ausgebildeten 14 Siliziumoxidschicht die dielektrische Beschichtung .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nachfolgend das Sili- ziumsubstrat in einer HF enthaltenden Lösung überätzt 18, um auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats abgeschiedene, para¬ sitäre Dielektrika zu entfernen. Das Überätzen 18 wird hier mittels eines kurzzeitigen Eintauchens des Siliziumsubstrats in die HF enthaltende Lösung realisiert, was teilweise als „HF-Dip" bezeichnet wird. Die HF-Konzentration der HF enthaltenden Lösung und die Ätzzeit werden so gewählt, dass die auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildete dielektrische Beschichtung nur geringfügig geätzt wird, sodass deren Funkti¬ on nicht beeinträchtigt wird.
Im Weiteren wird die Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels einer Texturätzlösung texturiert 20. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu das Siliziumsubstrat in die Textur¬ ätzlösung eingetaucht. Die auf der Rückseite des Siliziumsub- strats ausgebildete 14, 16 dielektrische Beschichtung wird da¬ bei als Ätzmaskierung gegenüber der Texturätzlösung verwendet, sodass auf der Rückseite des Siliziumsubstrats keine Textur ausgebildet wird. Damit die Vorderseite des Siliziumsubstrats in der Texturätz¬ lösung texturiert werden kann 20, wird zuvor die hierfür erforderliche Texturätzlösung bereitgestellt 48. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt dies durch Bereitstellen 48 einer NaOH enthaltenden Texturätzlösung, welche zudem ein Erzeugnis enthält, welches, wie in Figur 1 schematisch angedeutet, er¬ hältlich ist durch Mischen 40 von Tetraethylenglycol mit einer wässrigen NaOH-Lösung unter Ausbildung eines einphasigen Ge- mischs, Erwärmen 42 des einphasigen Gemischs auf eine Tempera¬ tur von 80 °C, Ruhenlassen des einphasigen Gemischs unter Umge- bungsluft, d. h. Abwarten 44, bis eine Verfärbung des einpha¬ sigen Gemischs in einen rot-braunen Farbton eintritt und nachfolgendes Beimengen 46 von Salzsäure zu dem einphasigen Gemisch.
Nach dem Texturieren 20 der Vorderseite des Siliziumsubstrats in der Texturätzlösung wird das Siliziumsubstrat in einer HCl und HF enthaltenden Lösung gereinigt 22. Die Ätzparameter werden dabei derart gewählt, dass die dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsubstrats nicht in relevantem
Umfang geätzt wird. Im Weiteren erfolgt eine Phosphordiffusion 24 zum Zwecke des Ausbildens eines Emitters auf der Vordersei¬ te des Siliziumsubstrats. Während der Phosphordiffusion 24 dient die dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Si- liziumsubstrats als Diffusionsbarriere, sodass kein Phosphor in die Rückseite des Siliziumsubstrats eindiffundieren kann.
Im Weiteren kann eine optionale, lokale Laserdiffusion 26 auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats erfolgen. Hierbei kann beispielsweise das Siliziumsubstrat lokal derart erhitzt wer¬ den, sodass eine lokal verstärkte Eindiffusion von Phosphor aus einem während der Phosphordiffusion 24 gebildeten Phosphorglas in das Siliziumsubstrat erfolgt. Insbesondere können auf diese Weise selektive Emitterstrukturen ausgebildet wer- den.
Im Weiteren wird die dielektrische Beschichtung auf der Rückseite des Siliziumsubstrats lokal mittels eines Lasers, bzw. dessen Laserstrahlung, geöffnet 28. Über diese lokalen Öffnun- gen kann im Weiteren mittels einer auf die dielektrische Be¬ schichtung aufgebrachten Metallisierung die Rückseite des Siliziumsubstrats kontaktiert werden. Es folgt ein Ätzen 30 des Phosphorglases. Auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats wird sodann ein Wasserstoffhaltiges Si¬ liziumnitrid abgeschieden 32, welches als Antireflexionsbe- schichtung der Solarzelle dient und dessen Wasserstoffgehalt eine Defektpassivierung im Volumen des Siliziumsubstrats ermöglicht .
Im Weiteren Verfahrensverlauf werden die Vorder- und die Rückseite des Siliziums in an sich bekannter Weise metallisiert 34, beispielsweise mittels bekannter Druckverfahren wie Sieb¬ druckverfahren, und die Metallisierungen auf der Vorder- und der Rückseite anschließend kogefeuert 36, um die elektrischen Vorder- und Rückseitenkontakte der Solarzelle herzustellen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer einseitig glattgeätzten Siliziumsolarzelle, bei welchem
- eine Vorderseite und eine Rückseite eines Siliziumsub¬ strats glattgeätzt werden (10),
- nachfolgend eine dielektrische Beschichtung auf der
Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet wird (14, 16) und
- nachfolgend die Vorderseite des Siliziumsubstrats mit¬ tels eines Texturätzmediums texturiert wird (20), wobei die auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildete dielektrische Beschichtung als Ätzmaskierung gegenüber dem Texturätzmedium verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Rückseite des Siliziumsubstrats mittels der die¬ lektrischen Beschichtung elektrisch passiviert wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als dielektrische Beschichtung eine Stapel dielektri¬ scher Schichten ausgebildet wird (14, 16) .
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zum Zwecke der Ausbildung (14, 16) einer dielektrischen Beschichtung zunächst eine Siliziumoxidschicht auf der Rückseite des Siliziumsubstrats ausgebildet (14) und nachfolgend auf der Siliziumoxidschicht eine Silziumnitrid- schicht ausgebildet wird (16), wobei vorzugsweise die Sili- ziumoxidschicht in einer Dicke von weniger als 100 nm und die Siliziumnitridschicht in einer Dicke von weniger als 200 nm ausgebildet werden.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine dielektrische Beschichtung ausgebildet wird, de¬ ren Dicke einen Wert zwischen 100 nm und 200 nm aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Vorderseite und die Rückseite des Siliziumsub¬ strats in einer alkalischen Ätzlösung glattgeätzt werden (10), vorzugsweise in einer Wasser enthaltenden NaOH- oder KOH-Lösung mit einer NaOH- oder KOH-Konzentration von 10 bis 50 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt in einer Wasser enthaltenden NaOH- oder KOH-Lösung mit einer NaOH- oder KOH-Konzentration von 15 bis 30 Gewichtsprozent.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Texturätzmedium eine alkalische Texturätzlösung verwendet wird (20), vorzugsweise eine NaOH oder KOH auf¬ weisende Texturätzlösung.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass vor dem Ausbilden (14, 16) der dielektrischen Beschichtung eine Oberfläche des Siliziumsubstrats zumindest auf dessen Rückseite gereinigt wird (12), vorzugsweise mit¬ tels einer HF enthaltenden Lösung, in welche gasförmiges Ozon eingeleitet wird (12) .
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass nach dem Ausbilden (14, 16) der dielektrischen Beschichtung zumindest die Vorderseite des Siliziumsubstrats mittels einer HF enthaltenden Lösung überätzt wird (18), um beim Ausbilden der dielektrischen Beschichtung auf der Vorderseite des Siliziumsubstrats abgeschiedene Dielektrika zu entfernen .
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass nach dem Texturieren (20) der Vorderseite des Siliziumsubstrats durch Eindiffusion von Dotierstoff in die Vorderseite des Siliziumsubstrats ein Emitter ausgebildet wird (24) .
11. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das Siliziumsubstrat vor der Eindiffusion (24) von Do¬ tierstoff mittels einer Ätzlösung gereinigt wird (22), vor¬ zugsweise mittels einer HF und HCl enthaltenden Ätzlösung.
12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Texturätzmedium eine Texturätzlösung verwendet wird (20), welche ein Element aus der Gruppe bestehend aus NaOH und KOH enthält sowie ein Erzeugnis, welches erhält- lieh ist durch
- Mischen (40) wenigstens eines Polyethylenglykols mit ei¬ ner Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs;
- Erwärmen (42) des einphasigen Gemischs auf eine Tempera¬ tur von 80°C und
- ruhen lassen (44) des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Texturätzmedium eine Texturätzlösung verwendet wird, welche ein Element aus der Gruppe bestehend aus NaOH und KOH enthält sowie ein Erzeugnis, welches erhältlich ist durch
- Mischen (40) wenigstens eines Polyethylenglykols mit ei¬ ner Base und Wasser unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs ;
- Erwärmen (42) des einphasigen Gemischs auf eine Tempera¬ tur von 80°C und
- ruhen lassen (44) des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Texturätzmedium eine Texturätzlösung verwendet wird (20), welche ein Element aus einer Gruppe bestehend aus NaOH und KOH enthält sowie ein Erzeugnis, welches er¬ hältlich ist durch
- Mischen (40) wenigstens eines Polyethylenglykols mit ei¬ nem Element aus einer Gruppe bestehend aus NaOH und KOH unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs;
- Erwärmen (42) des einphasigen Gemischs auf eine Tempera¬ tur von 80°C und
- ruhen lassen (44) des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass als Texturätzmedium eine Texturätzlösung verwendet wird (20), welche ein Element aus der Gruppe bestehend aus NaOH und KOH enthält sowie ein Erzeugnis, welches erhält¬ lich ist durch - Mischen (40) wenigstens eines Polyethylenglykols mit ei¬ ner Base unter Ausbildung eines einphasigen Gemischs;
- Erwärmen (42) des einphasigen Gemischs auf eine Tempera¬ tur von 80 °C;
- ruhen lassen (44) des einphasigen Gemischs unter Umgebungsluft bis das einphasige Gemisch sich verfärbt und
- Beimengen (46) einer nicht-oxidierenden Säure, vorzugsweise Salzsäure oder Essigsäure, zu dem einphasigen Ge¬ misch nach dessen Verfärbung.
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