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Gleichzeitige Erzeugung unterschiedlich dotierter Bereiche auf einer Solarzelle mit Borsilikatglas

Kurzfassung

Bei der Herstellung einer Rückkontakt-Solarzelle müssen sowohl negativ als auch positiv dotierte Bereiche auf der Rückseite der Solarzelle erzeugt werden. Weiterhin muss zur Minimierung der Oberflächenrekombination die Frontseite der Solarzelle ausreichend passiviert sein. Es werden also drei Bereiche mit unterschiedlichen Dotierungen benötigt.
Wissenschaftler der Universität Konstanz haben jetzt ein neues Verfahren entwickelt, mit dem diese drei Bereiche durch einen einzigen Diffusionsschritt erzeugt werden können. Möglich macht dies das Aufbringen einer Schicht aus Borsilikat-Glas und einer teilweisen Maskierung aus Silizium-Nitrid auf der Rückseite der Solarzelle.

Hintergrund

Bei der Herstellung einer Rückkontakt-Solarzelle müssen sowohl negativ als auch positiv dotierte Bereiche auf der Rückseite der Solarzelle erzeugt werden. Weiterhin muss zur Minimierung der Oberflächenrekombination die Frontseite der Solarzelle ausreichend passiviert sein. Es werden also drei Bereiche mit unterschiedlichen Dotierungen benötigt.
Diese Bereiche können unter Nutzung der vorliegenden Erfindung gleichzeitig in einem einzigen Diffusionsprozess realisiert werden, wodurch eine einfache und kostengünstige Fertigung von Rückkontakt-Solarzellen, insbesondere IBC-Solarzellen, möglich wird.

Problemstellung

Unterschiedlich dotierte Teilbereiche in Rückkontakt-Solarzellen werden herkömmlich erzeugt, indem ein Diffusionsprozess durchgeführt wird, um eine erste Polarität zu erzeugen. Der in diesem Diffusionsprozess erzeugte Bereich wird dann strukturiert und maskiert. Daraufhin wird ein zweiter Diffusionsprozess bei hoher Temperatur durchgeführt. Alternativ können mehrere Dotierquellen aufgebracht und Dotanden gemeinsam in einem Diffusionsschritt eindiffundiert werden. Dieses Vorgehen erfordert aber – ebenso wie das Erzeugen zusätzlicher unterschiedlich stark dotierter Teilbereiche – gemeinhin zusätzliche Maskierungs- und Ätzschritte. Der Prozessaufwand ist also bei allen Verfahren hoch.

Lösung

Wissenschaftler der Universität Konstanz haben jetzt ein Verfahren entwickelt, dessen Einsatz es ermöglicht, in einem einzigen Diffusionsschritt und ohne zusätzliche Maskierungs- oder Ätzschritte bspw. in einem n-Typ-Siliziumsubstrat zwei unterschiedlich stark n-dotierte sowie einen weiteren p-dotierten Teilbereich zu erzeugen.
Um dies zu erreichen, müssen auf das Substrat lediglich zwei Schichten aufgebracht werden: eine einseitig vollflächige Borsilikatglasschicht (BSG-Schicht) und darauf eine lokal geöffnete Siliziumnitrid-Barriereschicht.
Während der anschließenden POCl3-Phosphor-Diffusion in einem geeignet belegten Phosphor-Diffusionsofen wird auf der nicht beschichteten Seite des n-Typ-Substrates eine leichtere Phosphor-Dotierung (n+), bspw. zur Passivierung der Frontseite, erzeugt und gleichzeitig wird in dem Bereich der mit BSG-Schicht und Barriereschicht bedeckt ist, eine Bor-Dotierung (p+, bspw. als Emitter) sowie in dem Bereich der nur mit der BSG-Schicht bedeckt ist, eine stärker dotierte Phosphor-Schicht (n++) erzeugt.
Damit wird in einem einzigen Hochtemperaturschritt die Struktur einer kristallinen Silizium-Rückkontakt-Solarzelle mit passiviertem rückseitigem Emitter realisiert.

Struktur einer n-Typ-Silizium-Rückkontakt-Solarzelle mit rückseitigem Emitter nach dem Diffusionsschritt. BSG- und Siliziumnitridschicht befinden sich noch auf dem Substrat (Grafik: Universität Konstanz).
Struktur einer n-Typ-Silizium-Rückkontakt-Solarzelle mit rückseitigem Emitter nach dem Diffusionsschritt. BSG- und Siliziumnitridschicht befinden sich noch auf dem Substrat (Grafik: Universität Konstanz).

Vorteile

  • Drei unterschiedliche Dotierungen in einem Diffusionsprozess wie bspw. stark Phosphor-dotierte Bereiche, leicht Phosphor-dotierte Bereiche und Bor-dotierte Bereiche
  • Keine weiteren Diffusionsprozesse oder Rückätzschritte nötig
  • Nutzung des in industrieüblich belegten Diffusionsöfen vorhandenen Phosphors
  • Verringerter Aufwand zur Herstellung von Rückkontakt-Solarzellen
  • Geringer Anpassungsaufwand für neue Produktionslinien
  • Nutzung industriell erprobter Prozesse

Anwendungsbereiche

Gleichzeitige Erzeugung von unterschiedlich dotierten Bereichen in Siliziumsubstraten

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Hubert Siller
Technologie-Lizenz-Büro (TLB)
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
siller(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Funktionsnachweis / TRL3
Patentsituation
DE 102014109179 A1 anhängig
US 2017/0133538 anhängig
CN ZL201580036234.4 erteilt
Referenznummer
14/013TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.