Kristalline Silizium Solarzellen mit dielektrischer Rücksei- tenbeschichtung sind mittlerweile Stand der Technik. Ebenso existieren rückseitenpassivierte Solarzellen.

Ebenfalls gibt es zahlreiche Veröffentlichungen zu bifacialen Solarzellen, die auf der Rückseite mit einer Diffusion versehen sind, aber im Gegensatz zu dieser Erfindung auf der Rückseite ein Silbergrid aufweisen

Bei Solarzellentypen mit dielektrischer Rückseitenpassivierung und ganzflächiger Rückseitenmetallisierung mit lokalen Kontakten gibt es ein gravierendes Problem: Ist die Rückseitenpassivierung nicht dicht genug, kommt es im Bereich der gesamten Rückseitenmetallisierung durch lokal durchspeikendes Aluminium zu parasitären Kontakten. Diese ungewollten, parasitären Kontakte sind elektrisch parallel zu den extra hergestellten, gewünschten Kontaktöffnungen geschal- tet . Die parasitären Kontakte verringern den Wirkungsgrad der Solarzellen. Besonders bei rauen, texturierten Solarzellenrückseiten ist der Effekt der parasitären Kontakte so stark, dass kein Wirkungsgradgewinn gegenüber herkömmlichen Solarzellen mit ganzflächigem Aluminium back surface field (Al-BSF) mehr möglich ist.

Das Verhalten der parasitären Kontakte ist noch wenig untersucht: Im Gegensatz zu den gewünschten Kontaktöffnungen, scheinen die parasitären Kontakte gekennzeichnet durch lokal hohe elektrische Widerstände und hohe Rekombinationsverluste. Vermutlich bildet sich hier im Gegensatz zu den bewusst hergestellten Kontaktöffnungen kein lokales Al-BSF aus. Das Auftreten dieser parasitären Kontakte ist bewiesen: Wird z.B. bei einer „Centaurus" Solarzelle auf die Laseröffnung des rückseitigen Dielektrikums verzichtet, sollte bei einem 100%- dichtem Dielektrikum die Solarzelle 0,0% Wirkungsgrad aufweisen. Tatsächlich weisen solche Solarzellen bis zu 5% Wirkungsgrad auf. Elektrolumineszenzaufnahmen (siehe unten) zeigen einen „Sternenhimmel", mit über die gesamte Zellfläche und an den Silberpadrändern verteilten parasitären Kontakten.

Bisher wurde keine preiswerte und gleichzeitig ausreichend dichte Rückseitenpassivierung gefunden. Da das Problem der parasitären Kontakte besonders bei rauen, texturierten Rückseiten auftritt, wurden diese bisher chemisch poliert, was beson- ders bei multikristallinen Wafern und einer HF/HN03 Politur sehr teuer ist.

Eine andere, bekannte Alternative ist ein rückseitig gedrucktes, selbstdurchfeuerndes Grid, welches zu Solarzellen für Bi- facialanwendungen führt. Logischerweise kann an den nichtbe- ruckten Bereichen kein Durchspeiken stattfinden, da hier kein Metall vorhanden ist. Um bei einem Rückseitengrid eine ausreichend hohe Leitfähigkeit zu erhalten, werden hier üblicherweise teure Silberpasten verwendet.

Ein weiteres Problem, dass bei rückseitig dielektrisch passivierten multikristallinen Zellen auftritt, ist die Tatsache, dass bei diesem Zelltyp häufig ein Füllfaktorverlust beobachtet wird, der weder durch die oben beschriebene Rekombination noch durch den Serienwiderstand des Basismaterials (Querleitfähigkeit) alleine erklärt werden kann. Eine Hypothese für diesen zusätzlichen Füllfaktorverlust ist, dass die Bandverbiegung an Korngrenzen und die Bandverbiegung auf Grund der positiven Ladung des Siliziumoxids bzw. des Siliziumnitrids auf der Zellrückseite zu einer Wechselwirkung führen, die die oberflächennahe Querleitfähigkeit im Bereich der Korngrenzen erheblich hemmt. Diese These ist bisher nicht bewiesen, erscheint jedoch als plausibles Erklärungsmodell. Direkte Lösun- gen sind bisher nicht bekannt, jedoch scheint der Effekt bei negativer Oberflächenladung (z.B. A1203) geringer auszufallen bzw. nicht vorhanden zu sein.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von rückseitig die- lektrisch passivierten Solarzellen, bei welchen eine preiswerte, raue, texturierte Rückseitenoberfläche verwendet wird, welche mit einem ganzflächig Eindiffundiertem Bor-back surface field (Bor-BSF) versehen wird, gefolgt von einem nicht perfekt dichten Rückseitendielektrikum und einer ganzflächig oder na- hezu ganzflächig metallisierten Rückseite. Das Bor-BSF führt nun zu einer Passivierung der entstehenden parasitären Kontakte.

Alternativ zur Bor Diffusion kann auf die Rückseite ein ganz- flächig aufgebrachtes Bor-dotiertes Dielektrikum aufgebracht werden. Die in der weiteren Prozessfolge verwendete P0C13- Diffusion treibt das Bor mittels Co-Diffusion oder durch einen separaten Heizschritt in den Si-Wafer ein. Die Rückseite wird durch eine ganzflächige oder nahezu ganzflächige Metallisie- rung komplettiert. Genau wie das Bor-BSF aus der Bor-Diffusion führt das Bor-BSF aus dem Bor-dotierten Dielektrikum zu einer Passivierung der entstehenden parasitären Kontakte, was eine Verbesserung der Zellparameter zur Folge hat. Der Prozessfluss der neuen Centaurus-Bor Solarzelle für multikristalline Wafer stellt sich so dar:

Prozessfolge 1: 1. Wafer beidseitig texturieren (sauer, z. B. NH ₃ / HF) und Reinigung (chemisch)

2. Bordiffusion zur Passivierung parasitärer Kontakte und/oder gegebenenfalls Optimierung der Querleitfähigkeit an Korngrenzen beziehungsweise „Passivierung" der Korngrenzen

3. (Eventuell Borglasätze)

4. Rückseiten Passivierung (PECVD-Schichten)

5. Vorderseitige Entfernung etwaiger bordiffundierter Schichten (chemisch)

6. Reinigung

7. Phosphordiffusion

8. Optional Laserdiffusion zur Herstellung selektiver Emitter

9. Lokale Laseröffnung des Dielektrikums der Zellrückseite

10. Phosphorglasät ze und Reinigung

11. Vorderseiten Passivierung (PECVD-Schichten)

12. Metallisierung

Für monokristalline Wafer hat sich stattdessen folgende Prozessfolge bewährt:

Prozessfolge lb:

1. Monokristallinen Wafer beidseitig texturieren, sauer, z. B.

NH ₃ / HF, nicht alkalisch, und Reinigung (chemisch)

2. Bordiffusion zur Passivierung parasitärer Kontakte und/oder gegebenenfalls Optimierung der Querleitfähigkeit an Korngrenzen beziehungsweise „Passivierung" der Korngrenzen

3. (Eventuell Borglasätze)

4. Rückseiten Passivierung (PECVD-Schichten)

5. Vorderseitige Entfernung etwaiger bordiffundierter Schichten (chemisch) . Zunächst Entfernung des Borglases (falls noch vorhanden) auf der Zellvorderseite durch ein HF- haltige Ätzmischung, anschließend alkalische Textur der Zellvorderseite .

Die Zell Rückseite bleibt durch den rückseitigen Passivie- rungsstack geschützt. Eventuell mögliche Alternative: Verwendung einer Einseitenät zanlage für die einseitige Entfernung vom Borglas nur auf der Zellvorderseite. Das verbleibende Borglas auf der Zellrückseite schützt dann vor der alkalischen Textur.

6. Reinigung

7. Phosphordiffusion

8. Optional Laserdiffusion zur Herstellung selektiver Emitter

9. Lokale Laseröffnung des Dielektrikums der Zellrückseite

10. Phosphorglasät ze und Reinigung

11. Vorderseiten Passivierung (PECVD-Schichten)

12. Metallisierung

Ergebnis ist eine Solarzelle mit alkalischer Textur auf der Vorderseite. Die Zellkanten (d.h. die ca. 150-200pm „dicken" Seitenflächen) und die Zellrückseite sind sauer texturiert. Durch diese Kantenbehandlung ergibt sich extrem wenig Bruch.

Der Prozessfluss der neuen Centaurus-Bor Solarzelle für multikristalline Wafer mit Bor-dotiertem rückseiten-Dielektrikum sieht folgendermaßen aus:

Prozessfolge 2:

13. Wafer beidseitig texturieren (sauer, z. B. NH ₃ / HF) und Reinigung (chemisch)

14. Bor dotiertes Dielektrikum auf der Zell-Rückseite. Das Bor wird im Folgenden mittels einer Co-Diffusion in den Si- Wafer eingetrieben. Das Bor passiviert die parasitären Kontakte

15. Reinigung, evtl. Glanzrand auf Vorderseite beim Umgriff des Dielektrikums mittels z.B. HF entfernen, verwendete Chemie ist abhängig von verwendetem Dielektrikum

16. Phosphordiffusion und Tempersehritt um Bor aus Dielektrikum in Silizium-Wafer einzudiffundieren 17. Optional Laserdiffusion zur Herstellung eines selektiven Phosphor-Emitters

18. Lokale Laseröffnung des Dielektrikums der Zellrückseite

19. Phosphorglasät ze und Reinigung

20. Vorderseiten-Passivierung ( PECVD-Schichten )

21. Metallisierung

Der Prozess mit Bor-dotiertem Rückseiten-Dielektrikum ist auch auf monokristallinem Material denkbar und sinnvoll. In diesem Fall würde man allerdings bevorzugt keine saure Textur in Schritt 1.) vornehmen, sondern eine alkalische (z.B. KOH / IPA) . Das Centaurus-Solarzellen-Konzept wird dabei um Prozesspunkte ergänzt. Kursiv dargestellt sind die zusätzlichen Prozessschritte .

Prozessfolge3 :

22. Wafer beidseitig Sägeschaden-Ätzen

23. Bor dotiertes Dielektrikum auf der Zell-Rückseite . Das do ^¬ tierte Dielektrikum fungiert als Back-Surface-Field; das Bor wird im Folgenden mittels einer Co-Diffusion in den Si-

Wafer eingetrieben . Das Bor passiviert die parasitären Kon ^¬ takte

24. Reinigung und Textur

25. POC13-Diffusion

26. Laserdiffusion auf der Vorderseite zur Bildung eines selektiven Phosphor-Emitters

27. Je nach Beschaffenheit des gewählten Rückseitendielektri ^¬ kums evtl. keine Laseröffnung auf der Rückseite nötig.

Hierbei muss die AI-Rückseite zufällig durch das Dielektri- kum feuern und den Si-Wafer gut kontaktieren . Das Bor im

Dielektrikum passiviert die so entstehenden Kontakte .

28. Phosphorglasät ze und Reinigung

29. Vorderseiten-Passivierung (PECVD -Schichten) Metallisierung; Die verwendete Al-Paste ist evtl. aggress ver als Standard-Pasten zu wählen und ätzt sich örtlich g sehen zufällig durch die PECVD-Rückseite Prozessfolge4 :

31. Wafer beidseitig Texturieren

32. Bor dotiertes Dielektrikum auf der Zell-Rückseite . Das do ^¬ tierte Dielektrikum fungiert als Back-Surface-Field; das Bor wird im Folgenden mittels einer Co-Diffusion in den Si- Wafer eingetrieben . Das Bor passiviert die parasitären Kon ^¬ takte

33. Reinigung, auf Textur kann verzichtet werden

34. POC13-Diffusion, evtl- mit Temperschritt um Bor aus rück ^¬ seitigem Dielektrium in den Si-Wafer einzudiffundieren 35. Laserdiffusion auf der Vorderseite zur Bildung eines selektiven Phosphor-Emitters

36. keine Laseröffnung auf der Rückseite, aufgrund der Bor- Ansättigung sind die parasitären Kontakte passiviert, und aufgrund der Textur auf der Zell-Rückseite kontaktiert die AI-Rückseite bevorzugt an den Textur-Spitzen

37. Phosphorglasät ze und Reinigung

38. Vorderseiten-Passivierung (PECVD -Schichten)

39. Metallisierung; Die verwendete Al-Paste ist aggressiver als Standard-Pasten und ätzt sich örtlich gesehen zufällig durch die PECVD-Rückseite . Vor allem bei einer Textur auf der Rückseite sind die Textur-Spitzen nicht/nicht so dick mit der PECVD-Schicht bedeckt, damit kann sich das AI bes ^¬ ser ins Si ätzen und die parasitären Kontakte Passivie- ren/Absättigen .

Die Vorteile der Erfindung sind:

Passivierung parasitärer Kontakte auf rückseitig die- lektrisch passivierten Solarzellen 2. Passivierung parasitärer Kontakte durch Bor-dotierte Dielektrika auf der Zellrückseite

3. Vermeidung das rückseitigen Laser-Öffnungsschritts bei der centaurus-Technologie durch die Verwendung eines Bordotierten Dielektrikums auf der Zell-Rückseite, bzw. einer aggressiven Al-Paste

4. Möglichkeit des Verzichts auf Politurprozesse der Zellrückseite im centaurus Prozess

5. Höherer Wirkungsgrad als herkömmliche Centaurus Solarzellen durch

a. gute Passivierung der unvermeidlich entstehenden parasitären Kontakte

b. gute Passivierung auch der Silberlötpads

c. Niederohmiger Anschluss des Zellrandes.

d. Gute Querleitfähigkeit zwischen den rückseitigen Kontaktbereichen

e. Möglicherweise gute Passivierung der Korngrenzen an der Rückseite durch „back surface field" (siehe z.B. N.P. Härder et al, 31st IEEE-PVSC 2005, p.491-494)

f. Möglicherweise Verbesserung der Querleitfähigkeit des Siliziums nahe der Zellrückseite über Korngrenzen hinweg

6. Verwendung preiswerter Aluminiumpasten anstelle von Silberpasten. Die Anforderungen an die Al-Pasten hängen vom verwendeten Konzept in 5 ab. Es ist denkbar, dass in den Prozessfolgen 22.) -30.) und 31.) -40.) aggressivere Al-Pasten verwendet werden müssen, um die Kontaktierung durch das verwendete Dielektrikum zu gewährleisten.

Mögliche Abwandlungen:

• Leiterbahnen aus gedruckten Aluminium in interdigitated

back contact (IBC) -Solarzellen • Statt Bordiffusion kann ein a-Si:B, ein borhaltiges Dielektrikum oder dergleichen abgeschieden werden. Eintreiben entweder in einem gesonderten Temperschritt oder in 7.)

• Prozessschritte 2-4 können ggfs. durch einen Prozessschritt (Abscheidung eines B-haltigen Dielektrikums) ersetzt werden. Das Tempern (Eintreiben) kann entweder in einem gesonderten Prozessschritt oder zusammen mit 7.) erfolgen

• Unterlassen von Prozessschritt 9.) (lokales öffnen der

Rückseite), stattdessen Verwendung einer agressiveren

(durchfeuernden) metallhaltige Paste für die Rückseitenkon- taktierung

Zur Ergänzung sind sind in Fig. 1 Elektrolumineszenz-Bilder von dielektrisch passivierten Zellen ohne Rückseiten-Kontakt- Öffnung dargestellt. Sowohl mit als auch ohne Bordiffusion sind die parasitären Kontakte als weiße Punkte zu erkennen. Die Bordiffusion verhindert nicht die Kontaktbildung, sondern bewirkt deren Passivierung. Unter einer rauen Rückseite eines Solarzellensubstrats ist vorliegend eine nicht polierte und nicht politur- oder glattgeätzte Rückseite zu verstehen, welche eine entsprechende Rau- igkeit aufweist. Die Rückseite des Solarzellensubstrats oder Solarzelle ist diejenige Seite, welche im Betrieb der Solar- zelle dem einfallenden Licht abgewandt angeordnet wird. Vorzugsweise weist zumindest die Rückseite eine Textur auf.

Unter einem Aluminium enthaltenden Rückseitenkontakt ist vorliegend ein Rückseitenkontakt zu verstehen, dessen elektrische Leitfähigkeit maßgeblich durch im Rückseitenkontakt enthaltenes AI bestimmt ist. Entsprechend ist unter einer aluminium- haltigen Paste eine Paste zu verstehen, bei welcher nach Aufbringen und Kontaktsintern/Feuern ein durch diese Paste ausgebildeter Rückseitenkontakt eine elektrische Leitfähigkeit auf- weist, die maßgeblich durch im Rückseitenkontakt enthaltenes AI bestimmt ist.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen oder die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Die bisherige Beschreibung wie auch die Figuren enthalten zahlreiche Merkmale, die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben oder in den Figuren offenbarten Merkmale wird der Fachmann jedoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen. Insbesondere sind alle Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Verfahren und/oder der Solarzelle der unabhängigen Ansprüche kombinierbar.

Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann aus diesen abgleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.