Solarzellen

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines oder mehrerer dünner

Halbleiterschichtsubstrate, auf Basis derer Solarzellen gefertigt werden können. Die

Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, bei dem ein oder mehrere dünne Halbleiterschichtsubstrate ausgebildet und zu Solarzellen weiterprozessiert werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Für die Herstellung von Solarzellen werden kostengünstige und qualitativ hochwertige Halbleitersubstrate benötigt.

Nachfolgend werden sowohl der technologische Hintergrund als auch mögliche Merkmale und Vorteile der Erfindung am Beispiel der Bildung eines Halbleitersubstrates im Rahmen der Herstellung einer Silizium-Solarzelle beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindungsgedanken nicht nur auf Silizium als Halbleitermaterial anwendbar sein sollen, sondern generell auch auf andere Halbleitermaterialien übertragen werden können. Die gebildeten Halbleiterschichtsubstrate können besonders vorteilhaft zur Herstellung von Solarzellen verwendet werden, da bei der großindustriellen Herstellung von Solarzellen sehr viele Halbleitersubstrate benötigt werden und beispielsweise eine Materialeinsparung durch Bereitstellung dünnerer Substrate zu einer erheblichen Kostenreduktion führen kann.

Halbleitersubstrate, mit denen Solarzellen hergestellt werden, werden herkömmlich häufig in Form von Halbleiterwafem bereitgestellt. Solche Wafer weisen meist eine Dicke von 100-500 μιη auf und werden herkömmlich durch Zersägen eines Halbleitermaterialblocks,

beispielsweise eines Siliziumeinkristalls, in dünne Scheiben hergestellt.

Um die Kosten bei der Herstellung von Solarzellen senken zu können, kann es vorteilhaft sein, Halbleitersubstrate mit einer geringeren Dicke, beispielsweise weniger als 100 μιη und vorzugsweise weniger als 50 μιη bereitzustellen.

Im Stand der Technik sind Verfahren zum Herstellen von Solarzellen auf Basis von kristallinem Silizium bekannt, bei denen auf einem Siliziumsubstrat zunächst eine poröse Siliziumschicht erzeugt wird und anschließend über der porösen Siliziumschicht eine weitere Schicht aus Silizium abgeschieden wird, beispielsweise epitaktisch. Diese weitere Schicht kann anschließend von dem Siliziumsubstrat abgetrennt werden, wobei die zuvor erzeugte poröse Schicht als Sollbruchstelle dient. Die abgetrennte Schicht kann beispielsweise mit einer Dicke von wenigen μιη ausgebildet werden und anschließend als Dünnschichtsubstrat für eine Solarzelle dienen, wobei in den nachfolgenden Schritten wesentliche Komponenten der Solarzelle, wie beispielsweise deren Emitter und/oder deren Kontaktmetallisierung, ausgebildet werden können.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in einem Artikel von R. Brendel in Solar Energy, 77, 2004, 969-982 sowie in DE 197 30 975 AI bzw. US 6 645 833 beschrieben. Es nutzt die Tatsache, dass die auf die poröse Schicht aufgebrachte Siliziumdünnschicht vorzugsweise mit der gleichen Kristallstruktur aufwächst, wie das darunter angrenzende Siliziumsubstrat. Wenn das Siliziumsubstrat beispielsweise ein qualitativ hochwertiger einkristalliner Wafer ist, kann auf diese Weise eine qualitativ hochwertige Siliziumdünnschicht erzeugt werden, die dann als Substrat für Solarzellen mit hohem Wirkungsgradpotenzial verwendet werden kann.

Aus der DE 42 02 455 Cl ist ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus einer Substratscheibe bekannt. Dabei wird eine freitragende Halbleiterschicht durch

elektrochemisches Ätzen aus einem einkristallinen Siliziumwafer abgelöst. Hierzu werden in dem Siliziumwafer mit Hilfe eines fluorhaltigen, sauren Elektrolyten Löcher gebildet und bei Erreichen einer Tiefe der Löcher, die im Wesentlichen der Dicke der zu bildenden

freitragenden Halbleiterschicht entspricht, werden Prozessparameter der Ätzung so geändert, dass sich die freitragende Halbleiterschicht durch Zusammenwachsen der Löcher selbständig ablöst.

Es wurde jedoch beobachtet, dass bei den beschriebenen, herkömmlichen Verfahren zur Bildung von dünnen Halbleiterschichtsubstraten ein erheblicher Kosten- und Arbeitsaufwand erbracht werden muss, um eine einzelne Halbleiterdünnschicht durch elektrochemisches Erzeugen einer porösen Halbleiterschicht und anschließendes Ablösen der Halbleiterschicht zu erzeugen. Außerdem hat sich herausgestellt, dass eine Handhabung einer dünnen, freitragenden, porösen Halbleiterschicht sowie die Weiterverarbeitung einer solchen

Halbleiterschicht, um letztendlich eine Solarzelle daraus herzustellen, schwierig sein können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es kann ein Bedarf an einem Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten, die anschließend als Substrate bei der Fertigung von Solarzellen dienen können, und an einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bestehen, bei denen die oben genannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden. Insbesondere kann ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle bestehen, bei dem dünne, vorzugsweise einkristalline Halbleiterschichten in einfacher Weise als Substrat für die Solarzelle erzeugt werden, wobei solche Substrate vorzugsweise sowohl eine ausreichend hohe elektronische Qualität als auch eine z.B. für eine Oberfläche von Solarzellen wünschenswerte Oberflächentextur aufweisen sollten, und wobei auf Basis solcher Substrate in einfacher und kostengünstiger Weise Solarzellen, gefertigt werden können.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines oder mehrerer dünner Halbleiterschichtsubstrate für eine Solarzellenfertigung vorgeschlagen. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

(a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates;

(bl) Ausbilden einer oberen makroporösen Schicht an einer Teiloberfläche des

Halbleitersubstrates;

(cl) Ausbilden einer freigeätzten Schicht unterhalb der makroporösen Schicht;

wobei die makroporöse Schicht und die freigeätzte Schicht jeweils durch

elektrochemisches Ätzen der Teiloberfläche des Halbleitersubstrates in einer

Ätzlösung ausgebildet werden;

wobei ein die Teiloberfläche zumindest teilweise umgebender Randbereich des Halbleitersubstrates ungeätzt bleibt, um einen stabilisierenden, nicht-porösen

Randbereich zu bilden;

optional: (b2) Ausbilden einer weiteren makroporösen Schicht unterhalb der zuvor ausgebildeten freigeätzen Schicht;

optional: (c2) Ausbilden einer weiteren freigeätzten Schicht unterhalb der zuvor

ausgebildeten makroporösen Schicht; und

(d) Unterziehen des gesamten Halbleitersubstrats einschließlich der darin ausgebildeten makroporösen und freigeätzten Schichten wenigstens einem Fluid- Verfahrensschritt, bei dem ein Fluid auf die Halbleitersubstratoberfläche einwirkt; (el) mechanisches Abtrennen der oberen makroporösen Schicht von dem

Halbleitersubstrat, wobei eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht und dem nicht-porösen Randbereich unterbrochen wird; und

optional: (e2) mechanisches Abtrennen der weiteren makroporösen Schicht von dem

Halbleitersubstrat, vorzugsweise nachdem die obere makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat abgetrennt wurde.

Die optionalen Schritte (b2), (c2) und (e2) können hierbei mehrfach wiederholt werden.

Die vorliegende Erfindung kann als auf der folgenden Idee basierend angesehen werden.

In einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise einem Wafer aus Silizium oder einem anderen Halbleitermaterial können nacheinander abwechselnd makroporöse Schichten und freigeätzte Schichten durch elektrochemisches Ätzen ausgebildet werden. Hierzu kann eine

Teiloberfläche des Halbleitersubstrates einer beispielsweise flusssäurehaltigen Ätzlösung ausgesetzt werden. Die Ätzlösung ätzt sich sukzessive in das Halbleitersubstrat hinein. Je nach dem, wie entsprechende Einflussparameter wie z.B. eine angelegte Spannung oder eine Beleuchtung des Halbleitersubstrates gewählt werden, werden durch den Ätzvorgang Schichten unterschiedlicher Porosität erzeugt. Zur Erzeugung der makroporösen Schicht(en) können die Einflussparameter derart gewählt werden, dass eine Schicht relativ geringer Porosität von beispielsweise weniger als 40 % erzeugt wird. Anschließend werden die Einflussparameter derart geändert, dass eine freigeätzte Schicht entsteht, d.h., eine Schicht, bei der die durch das Ätzen entstehenden Poren ineinander übergehen, so dass es zu einer „Porosität" von 100 %, d.h. einer Schicht, in der das Halbleitermaterial vollständig weggeätzt wurde, kommt. Nach dem Ätzen der freigeätzten Schicht können die Einflussparameter wieder entsprechend geändert werden, um eine weitere makroporöse Schicht unterhalb der freigeätzten Schicht zu erzeugen, usw. Auf diese Weise kann ein Stapel mit einer

Schichtenfolge aus makroporösen Schichten und benachbarte makroporöse Schichten von einander trennenden freigeätzten Schichten erzeugt werden.

Um zu verhindern, dass die benachbarten makroporösen Schichten sich bereits während des Ätzvorgangs voneinander bzw. von dem Substrat abtrennen, kann z.B. nicht die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrates der Ätzlösung ausgesetzt werden, sondern nur eine oder mehrere Teiloberflächen. In einem an diese Teiloberflächen angrenzenden Randbereich des Halbleitersubstrates wird dieses z.B. gegen die Ätzlösung geschützt, so dass der Randbereich ungeätzt bleibt und somit keine Porosität aufweist. Alternativ kann ein Ätzen im Randbereich auch dadurch verhindert werden, dass dieser während des Ätzvorganges gezielt nicht beleuchtet wird. Der ungeätzte Randbereich kann die geätzte Teiloberfläche teilweise oder vollständig wie ein Rahmen umgeben und beispielsweise eine Breite von 0,3 bis 5 mm aufweisen. Daher kann der Randbereich die mit ihm in mechanischer Verbindung stehenden makroporösen Schichten sowohl während des Ätzens als auch während nachfolgender Verfahrensschritte halten und stabilisieren.

Die von dem Randbereich zusammengehaltenen makroporösen Schichten können

anschließend alle gemeinsam weiteren Verfahrensschritten unterzogen werden. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die makroporösen Schichten in diesem Verfahrensstadium noch alle durch den ungeätzten Rand gehalten und somit stabilisiert werden, was eine Handhabung erheblich erleichtern kann. Beispielsweise kann in einem oder mehreren gemeinsamen Fluid- Verfahrensschritten ausgenutzt werden, dass ein Fluid ausreichend geringer Viskosität durch alle porösen Schichten hindurchdringen kann und somit die gesamte Oberfläche aller porösen Schichten erreichen kann. Beispielsweise kann mit Hilfe von heißen Gasen eine oder mehrere Dielektrikumschichten auf der Oberfläche der makroporösen Schichten erzeugt werden und somit die Oberfläche effektiv passiviert werden. Alternativ kann in einem einzigen

Verfahrensschritt durch Einströmen von heißen, mit Dotierstoffen beladenen Gasen eine dotierte Schicht, beispielsweise in Form eines Emitters, entlang der gesamten Oberfläche aller poröser Schichten erzeugt werden. Nachfolgend können die einzelnen makroporösen Schichten vorzugsweise nacheinander von dem Halbleitersubstrat mechanisch abgetrennt werden, indem eine mechanische Verbindung zwischen der makroporösen Schicht und dem nicht-porösen Randbereich unterbrochen wird. Jeweils bevor eine oberste makroporöse Schicht abgelöst wird, kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt ausgeführt werden, bei dem Prozessparameter derart gewählt werden, dass nur die außenliegende Oberfläche der obersten makroporösen Schicht behandelt wird, nicht jedoch die Poren oder die gegenüberliegende Oberfläche. Auf diese Weise können einzelne makroporöse Schichten einseitig behandelt werden. Beispielsweise kann eine zur elektrischen Kontaktierung dienende Metallschicht einseitig aufgebracht werden.

Mit dem beschriebenen Verfahren können mit einfachen Prozessierungsschritten, die nur wenig Prozessierungsaufwand mit sich bringen und gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden können, vorzugsweise eine Vielzahl von dünnen Halbleiterschichtsubstraten aus ursprünglich einem einzigen Halbleitersubstrat erzeugt werden. Jedes einzelne dieser Halbleiterschichtsubstrate kann aus einer der makroporösen Schichten bestehen. Solche Halbleiterschichtsubstrate können insbesondere aufgrund der Porosität dieser Schichten eine gewünschte Oberflächentexturierung aufweisen, ohne dass hierzu zusätzliche Arbeitsschritte notwendig wären. Die Qualität des Halbleitermaterials entspricht dabei im Wesentlichen der Qualität des als Ausgangsprodukt verwendeten Halbleitersubstrates, d.h. wenn ein hochqualitatives Halbleitersubstrat beispielsweise in Form eines einkristallinen Siliziumwafers verwendet wird, werden auch die erzeugten Halbleiterschichtsubstrate eine hohe

Materialqualität und insbesondere eine einkristalline Struktur aufweisen.

Mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen

Verfahrens werden im Anschluss detaillierter beschrieben:

Bei dem bereitgestellten Halbleitersubstrat (Prozessschritt (a)) kann es sich um ein Substrat aus einem beliebigen Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium (Si), Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), etc. handeln. Das Halbleitersubstrat kann in Form eines Wafers bereitgestellt werden und kann eine erhebliche Dicke von mehreren 100 μιη aufweisen. Es werden insbesondere Halbleitersubstrate aus einem Halbleitermaterial hoher elektronischer Qualität wie zum Beispiel ein einkristalliner Siliziumwafer bevorzugt. Wie weiter unten noch detaillierter erklärt werden wird, hat sich herausgestellt, dass das Verfahren sich insbesondere auf Halb leitersubstraten vom n-Halbleitertyp vorteilhaft realisieren lässt.

Anschließend werden in das Halbleitersubstrat eine makroporöse Schicht und eine freigeätzte Schicht oder, alternativ, mehrfach abwechselnd makroporöse und freigeätzte Schichten eingeätzt (Prozessschritte (bl, b2, ...) und (cl, c2, ...)). Vorzugsweise wird mit dem Ausbilden einer oberen makroporösen Schicht an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats begonnen und anschließend unterhalb dieser makroporösen Schicht eine freigeätzte Schicht eingeätzt.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„oberhalb" und„unterhalb" nicht

einschränkend auszulegen sind und insbesondere keine geometrische Richtung, sondern vielmehr eine Reihenfolge der Ausbildung der einzelnen porösen Schichten beschreiben sollen, wobei davon ausgegangen wird, dass die porösen bzw. freigeätzten Schichten sukzessive von oben nach unten in das Halbleitersubstrat eingebracht werden. Bei der realen Prozessierung kann die Ätzrichtung durchaus anders sein, beispielsweise von unten nach oben oder von links nach rechts.

Die makroporösen Schichten weisen eine Porosität von weniger als 60%, stärker bevorzugt weniger als 30%> und weiter bevorzugt weniger als 10%> auf. Unter der Porosität einer Schicht soll dabei ein Verhältnis des aufsummierten Volumens aller Poren innerhalb einer Schicht zu einem Gesamtvolumen der Schicht verstanden werden. Mit anderen Worten ist die Porosität einer Schicht umso größer, je mehr Poren darin enthalten sind und je größer die Poren sind. Eine freigeätzte Schicht kann eine Porosität von im Wesentlichen 100% aufweisen. Die porösen Schichten werden in dem Halbleitersubstrat durch elektrochemisches Ätzen erzeugt, beispielsweise indem eine Teiloberfiäche des Halbleitersubstrates mit einer

Ätzlösung in Kontakt gebracht wird und gleichzeitig eine elektrische Spannung zwischen der Substratoberfläche und der Ätzlösung angelegt wird. Mit anderen Worten liegen die

Oberfläche des Halbleitersubstrates und die Ätzlösung auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Bei geeigneter Polung der angelegten Spannung kann es zu einer

elektrochemischen Reaktion kommen, die zu einem Ätzen der Substratoberfiäche insbesondere lokal an Nukleationszentren führen kann. Bei der elektrochemischen Reaktion kann es zu einem lokalen Aufoxidieren der Substratoberfläche und zu einem quasigleichzeitigen Wegätzen der aufoxidierten Substratoberfläche durch die benetzende

Ätzlösung kommen. Da dieser Vorgang generell nicht homogen abläuft, sondern sich auf Nukleationskeime konzentriert, kann es zu einem inhomogenen Ätzen der Substratoberfiäche kommen, bei dem Kanäle weitgehend senkrecht zur Substratoberfiäche in das Substrat eingeätzt werden, wodurch eine poröse Schicht gebildet werden kann.

Beim Erzeugen der ersten makroporösen Schicht kann eine Nukleationsphase zur Bildung von Ätzkeimen nötig sein, beispielsweise indem Ätzkeime fotolithographisch vordefiniert werden. Beim Ätzen einer nachfolgenden makroporösen Schicht können durch den letzten Ätzvorgang bereits Nukleationskeime auf der Oberfläche vorhanden sein, sodass der Aufwand für die Bildung von Ätzkeimen daher bei nachfolgenden Ätzvorgängen eingespart werden kann.

Es wurde beobachtet, dass eine Stärke des elektrochemischen Ätzvorgangs insbesondere davon abhängen kann, wie viele positive Ladungsträger (auch als„Löcher" oder freie Zustände im Valenzband des Halbleitermaterials bezeichnet) an der Substratoberfiäche zur Verfügung stehen. Bei p-Typ-Halbleitersubstraten sind die Löcher die

Majoritätsladungsträger und eine Ätzaktivität hängt während des elektrochemischen Ätzens hauptsächlich von der aus der Ätzlösung zur Verfügung stehenden Fluorionenenkonzentration und der angelegten elektrischen Spannung ab. Bei einem n-Typ-Halbleitersubstrat sind die Löcher hingegen die Minoritätsladungsträger. Bei einem solchen n-Typ-Substrat kann die Menge der für einen elektrochemischen Ätzvorgang zur Verfügung stehenden Löcher stark durch ein Beleuchten des Halbleitersubstrats und die damit einhergehende Generation von Ladungsträgerpaaren (Elektronen und Löcher) beeinflusst werden. Mit anderen Worten lässt sich beim elektrochemischen Ätzen poröser Schichten in n-Typ-Substraten die Porosität neben der angelegten elektrischen Spannung wesentlich durch die Intensität einer gleichzeitig erfolgenden Beleuchtung steuern. Es wurde beobachtet, dass es bei n-Typ-Substraten notwendig sein kann, während des Ätzens gleichzeitig zu beleuchten, um poröse Schichten mit einer makroporösen Struktur erzeugen zu können.

Zum alternierenden Ausbilden von makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten können somit die ein elektrochemisches Ätzen beeinflussenden Parameter abwechselnd so eingestellt werden, dass es zur Bildung einer makroporösen Schicht und zur Bildung einer freigeätzten Schicht kommt.

Beispielsweise kann bei einem n-Typ-Halbleitersubstrat durch Beleuchtung mit niedriger Lichtintensität ein geringer Ätzstrom und somit eine geringe Porosität bewirkt werden, so dass nur kleine Poren gebildet werden, wohingegen zur anschließenden Bildung der freigeätzten Schicht das Halbleitersubstrat mit einer höheren Lichtintensität beleuchtet wird, so dass es zu einem höheren Porosität und somit zur Bildung größerer Poren kommt, die letztendlich in einander übergehen und somit die freigeätzte Schicht bilden. Da sich die Poren z. B. bei einem Siliziumwafer der 100-Kristallrichtung stets bevorzugt senkrecht zur

Oberfläche des Halbleitersubstrates ausbilden, kann auf diese Weise eine Sequenz von abwechselnd ausgebildeten makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten erzeugt werden. Für die Erfindung ist es aber nicht wesentlich, dass die Porenbildung senkrecht zur Waferoberfläche erfolgt. Vorzugsweise werden während des elektrochemischen Ätzens Einflussparameter, die die Stärke und Geschwindigkeit des elektrochemischen Ätzvorgangs beeinflussen, wie zum Beispiel eine zwischen dem Halbleitersubstrat und der Ätzlösung anliegende Spannung, eine Beleuchtung des Halbleitersubstrates, ein Halbleitertyp und eine Dotierungskonzentration innerhalb des Halbleitersubstrates, eine Konzentration ätzender Substanzen wie zum Beispiel Flusssäure (HF) innerhalb der Ätzlösung und/oder eine Temperatur der Ätzlösung, derart gewählt, dass die makroporöse Schicht mit einer makroporösen Struktur ausgebildet wird. Unter einer makroporösen Struktur wird dabei nach IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) eine Schicht mit einer durchschnittlichen Porengröße von mehr als 50 nm verstanden. Für die Herstellung von Solarzellen kann es vorteilhaft sein, die makroporösen Substrate mit Poren auszubilden, deren Größe im Bereich von Ιμιη bis 5μιη liegt. Eine grobe makroporöse Struktur in der makroporösen Schicht kann im Vergleich zu einer mesoporösen Struktur mit gleicher Porosität den Vorteil einer kleineren Oberfläche und somit einer geringeren Oberflächenrekombination aufzuweisen.

Vorzugsweise ist der Ätzlösung ein Benetzungsmittel beigefügt. Dieses Benetzungsmittel kann bewirken, dass die eigentlichen ätzenden Substanzen der Ätzlösung die Oberfläche des Halbleitersubstrates während des Ätzvorgangs gleichmäßig benetzen können. Dies kann insbesondere in den ausgedehnten Kanälen innerhalb der porösen Schichten von Vorteil sein. Es wurde auch beobachtet, dass manche Benetzungsmittel die Viskosität der Ätzlösung herabsetzen können und somit ein Eindringen bzw. ein Zirkulieren von Ätzlösung in bereits zuvor geätzten porösen Schichten erleichtern können. Außerdem können sich Gasbläschen, die sich während des Ätzvorgangs bilden können, aufgrund des Benetzungsmittels einfach von der Oberfläche des Halbleitersubstrats lösen. Als Benetzungsmittel kann beispielsweise Ethanol (C ₂ H ₆ 0) oder Essigsäure (CH ₂ H ₄ 0 ₂ ) verwendet werden.

Vorzugsweise können Einflussparameter während des elektrochemischen Ätzens der mehreren porösen Schichten derart angepasst werden, dass die Porenstruktur und/oder die Schichtdicke der nacheinander gebildeten makroporösen Schichten im Wesentlichen gleich bleiben. Da sich die Zusammensetzung der Ätzlösung im Verlauf des Ätzvorgangs ändern kann und da insbesondere die Zirkulation von Ätzlösung innerhalb von Poren bereits geätzter poröser Schichten eingeschränkt sein kann und daher der Austausch von Ätzlösung tiefer im Inneren bereits geätzter poröser Schichten begrenzt sein kann, kann es während des sukzessiven Ausbildens der verschiedenen porösen Schichten notwendig sein, die

Ätzparameter, insbesondere die Intensität der Beleuchtung des Substrates während des Ätzens, derart anzupassen, dass die Ätzraten und somit die resultierenden Ätzstrukturen im Wesentlichen unverändert bleiben. Damit kann erreicht werden, dass die makroporösen Schichten, die später nach dem mechanischen Abtrennen die gewünschten dünnen

Halbleiterschichtsubstrate bilden sollen, alle im Wesentlichen gleiche mechanische und elektronische Eigenschaften aufweisen.

Die Dauer des Ätzvorgangs wird unter Berücksichtigung der aktuell eingestellten Ätzrate vorzugsweise so gewählt, dass die makroporösen Schichten mit einer Schichtdicke von 5 - 100 μιη, vorzugsweise 10 - 30 μιη gebildet werden, wohingegen die freitragenden Schichten lediglich mit einer Dicke von 0,5 μιη - 20 μιη, vorzugsweise 1 μιη - 5 μιη, ausgebildet werden.

Neben der Möglichkeit, eine Vielzahl von dünnen Halbleiterschichtsubstraten in Form von nacheinander abgetrennten makroporösen Schichten aus einem einzigen Halbleitersubstrat und mit Hilfe eines zusammenhängenden elektrochemischen Ätzvorganges mit variierenden Ätzparametern erhalten zu können, ermöglicht das vorgeschlagene Verfahren auch, die Vielzahl von makroporösen Schichten vor dem mechanischen Trennen der einzelnen makroporösen Schichten einem gemeinsamen Verfahrensschritt zu unterziehen. Hierbei kann es insbesondere von Interesse sein, die bereits ausgebildeten porösen Schichten noch vor deren mechanischem Trennen einem oder mehreren Fluid- Verfahrensschritten zu unterziehen. Unter einem Fluid- Verfahrensschritt wird hierbei ein Verfahrensschritt verstanden, bei dem ein Fluid wie zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit auf die Oberfläche des

Halbleitersubstrates, das heißt insbesondere auf die außen liegenden und innen liegenden Oberflächen der porösen Schichten, einwirken kann. Durch einen solchen Fluid- Verfahrensschritt kann beispielsweise die gesamte Oberfläche der porösen Schichten mit einer zusätzlichen Schicht beschichtet werden.

Beispielsweise kann in einem solchen Fluid- Verfahrensschritt eine dielektrische Schicht auf den Oberflächen der makroporösen Schichten und der freigeätzten Schichten ausgebildet werden. Die dielektrische Schicht kann insbesondere zur Passivierung der Oberflächen dienen.

In einer konkreten Ausgestaltung kann das Halbleitersubstrat mit den zuvor darin

ausgebildeten makroporösen und freigeätzten Schichten einem Hochtemperaturprozessschritt unterzogen werden, bei dem bei Temperaturen von oberhalb 450 °C, vorzugsweise von oberhalb 700 °C, beispielsweise in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre eine

Siliziumdioxidschicht (Si0 ₂ ) an den Oberflächen der porösen Schichten homogen aufwächst. Eine solche Siliziumdioxidschicht kann bereits bei geringen Schichtdicken von weniger als 10 nm zu einer effektiven Oberflächenpassivierung der porösen Schichten führen.

Alternativ kann durch den Fluid- Verfahrensschritt auch beispielsweise eine

Siliziumnitridschicht oder eine Aluminiumoxidschicht zur Passivierung der Oberfläche abgeschieden werden. Eine Aluminiumoxidschicht kann beispielsweise mit Hilfe eines Atomlagendepositionsverfahrens (ALD-Verfahren) bei Abscheidungstemperaturen von unter 500 °C, vorzugsweise unter 250 °C abgeschieden werden. Als weitere Alternative kann im Rahmen eines Gasphasendiffusionsschrittes eine oberflächennahe Schicht mit Dotanden wie zum Beispiel Phosphor oder Bor dotiert werden. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise jeweils vor dem Auslösen einer oder mehrerer makroporöser Schichten aus dem

rahmenartigen Randbereich eine Dünnschicht nur auf außen liegende Bereiche der jeweils obersten makroporösen Schicht durch einen Gasabscheidungsprozess wie z.B. einen

Plasmaabscheidungsprozess und/oder einen Sputterabscheidungsprozess aufgebracht.

Beispielsweise kann eine dünne Aluminiumschicht, die als Metallkontakt für eine Solarzelle dienen kann, aufgesputtert werden oder eine dünne Siliziumnitridschicht, die als Barriere während einer nachfolgenden Diffusion oder einem nasschemischen Prozess dienen kann, kann mit Hilfe eines Plasmaabscheidungsprozesses wie zum Beispiel PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) abgeschieden werden.

Sowohl bei Plasmaabscheidungsprozessen als auch bei Sputterabscheidungsprozessen können sich Partikel aus einer Gasphase an einer zu beschichtenden Oberfläche abscheiden. Eine Schwierigkeit bei der Beschichtung von porösen Schichten kann darin bestehen, dass die Schichten von den Poren durchlöchert sind. Da Solarzellen in der Regel nur selten beidseitig sondern oft auch nur auf einer Seite prozessiert werden sollen, muss in diesem Fall dafür Sorge getragen werden, dass die andere Seite der Zelle tatsächlich unprozessiert bleibt. Um dies zu erreichen, kann während des Gasabscheidungsprozesses ein Gasdruck ausreichend niedrig gewählt werden, so dass ein Abscheiden einer Dünnschicht auf innen liegenden Oberflächen des porösen Halbleiterschichtsubstrates weitgehend vermieden wird. Mit anderen Worten kann ein Gasdruck so niedrig gewählt werden, dass die freien Weglängen von Partikeln innerhalb des Gases so groß sind, dass die Partikel im Wesentlichen nicht mehr in die Poren der porösen Schicht eindringen können, sondern es lediglich zu einer Beschichtung der außen liegenden Bereiche der porösen Schicht kommt, innen liegende Bereiche der porösen Schicht jedoch weitgehend unbeschichtet bleiben. Alternativ kann eine Behandlung mit einer viskosen Flüssigkeit erfolgen, die nicht in die Poren eindringen kann. Dann wird die poröse Schicht nur einseitig behandelt. Um eine außenliegende makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat mechanisch abzutrennen, kann beispielsweise eine mechanische Kraft direkt auf die makroporöse Schicht ausgeübt werden. Beispielsweise kann die makroporöse Schicht mit einem Vakuumsauger gegriffen werden und durch geeignetes Bewegen des Vakuumsaugers relativ zu dem

Halbleitersubstrat aus dem Halbleitersubstrat herausgebrochen werden. Dabei kann die Geometrie des Vakuumsaugers sowie die Bewegung des Vakuumsaugers derart angepasst werden, dass die makroporöse Schicht an einem Übergang zum stabilisierenden, nicht- geätzten Randbereich bricht. Auf diese Weise können die zuvor erzeugten, übereinander gestapelten makroporösen Schichten nacheinander, jede für sich, mit dem Vakuumsauger gegriffen, herausgebrochen und nachfolgenden Verarbeitungsschritten zugeführt werden.

Um das Abtrennen einer außenliegenden makroporösen Schicht von dem Halbleitersubstrat zu unterstützen, kann in einem Umfangsbereich der makroporösen Schicht ein Graben eingebracht werden. Der Graben kann beispielsweise mit Hilfe eines Lasers oder einer mechanischen Chipsäge erzeugt werden. Die Tiefe des Grabens kann in etwa der Dicke der herauszutrennenden makroporösen Schicht entsprechen bzw. kleiner als diese sein, damit die makroporöse Schicht in kontrollierter Weise ausgelöst werden kann. Der Graben kann in einem gesamten Umfangsbereich oder in Teilen eines Umfangsbereichs der makroporösen Schicht eingebracht werden, d.h., z.B. dort, wo die makroporöse Schicht lateral an den benachbarten, stabilisierenden Randbereich angrenzt.

Alternativ kann eine außenliegende makroporöse Schicht von dem Halbleitersubstrat dadurch mechanisch abgetrennt werden, das ein Trägersubstrat an die außenliegende makroporöse Schicht angehaftet wird und das Trägersubstrat mit der daran anhaftenden außenliegenden makroporösen Schicht dann von dem Halbleitersubstrat abgerissen wird. Zu diesem Zweck kann ein Verfahren, wie es beispielsweise bei der Modulverkapselung eingesetzt wird, oder ein Sol-Gel- Verfahren verwendet werden. Vorzugsweise kann als Trägersubstrat eine flexible Folie, beispielsweise eine Aluminiumfolie, eingesetzt werden. Die Folie kann dann mitsamt der daran anhaftenden außen liegenden makroporösen Schicht durch abrollendes Abziehen von der

darunterliegenden Schicht abgerissen werden. Dadurch kann der mechanische Stress in der jeweils obersten, an der Folie anhaftenden makroporösen Schicht und der daran angrenzenden hoch-porösen Schicht konzentriert werden und das schichtweise Ablösen der makroporösen Schichten kann erleichtert werden. Das Anheften der flexiblen Folie kann durch z.B. Heizen in einem Ofen oder durch Laserbestrahlung erfolgen. Nach dem Heizen kann das Silicium mit Atomen aus der Folie dotiert sein, wodurch es möglich ist die Herstellung des pn-Übergangs mit dem Anheften der Folie zu verbinden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum

Herstellen einer Solarzelle vorgeschlagen. Das Verfahren weist hierbei neben möglicherweise weiteren Prozessschritten folgende Prozessschritte auf: (i) Bilden eines dünnen

Halbleitersubstrates mittels des oben beschriebenen Verfahrens; (ii) Ausbilden von dotierten Bereichen in dem Halbleiterschichtsubstrat; und (iii) Ausbilden von elektrischen Kontakten an Oberflächenbereichen des Halbleiterschichtsubstrates.

Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung teilweise in Bezug auf das Verfahren zum Bilden von dünnen Halbleiterschichtsubstraten, wie sie bei einem Herstellungsverfahren für Solarzellen eingesetzt werden können, teilweise in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle und teilweise auch in Bezug auf die hergestellten Halbleiterdünnschichtsubstrate bzw. Solarzellen beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen in beliebiger Weise untereinander kombiniert werden können und dass die beschriebenen Verfahrensmerkmale entsprechende strukturelle Merkmale bei den hergestellten Halbleiterdünnschichtsubstraten bzw. Halbleiterbauelementen bedingen können bzw. umgekehrt. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere mögliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, mit der das Verfahren zum Bilden von

Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine alternative Anordnung, mit der das Verfahren zum Bilden von

Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt werden kann.

Fig. 3 veranschaulicht eine Sequenz von Schritten eines Verfahrens zum Bilden von

Halbleiterdünnschichtsubstraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat, in dem eine von einem Randbereich umgebene makroporöse Schicht mittels eines Verfahrens gemäß einer

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde.

Fig. 5 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme einer porösen Siliziumschichtstruktur, die mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung herstellbar ist und bei der die einzelnen Schichten voneinander durch zwischenliegende freigeätzte Schichten getrennt sind. Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Elektronenmikroskopaufnahme eines Siliziumschichtsubstrates, das mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gebildet wurde.

Die Zeichnungen sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche

Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder ähnliche Elemente.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst werden anhand der Fig. 1 und 2 Vorrichtungen vorgestellt, mit denen

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bilden von

Halbleiterdünnschichtsubstraten durchgeführt werden können.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung lagert ein Halbleitersubstrat 1 horizontal auf einer Elektrode 9. Die Elektrode 9 weist eine Plexiglasplatte auf, über die dünne Platindrähte gespannt sind. Somit ist die Elektrode 9 weitgehend transparent. In einem nach oben und unten offenen Gefäß 15 ist eine l-5%ige Flusssäure-Ätzlösung 7 eingefüllt. Durch einen abdichtenden O-Ring 17, der zwischen dem Boden des Gefäßes 15 und dem

Halbleitersubstrat 1 angeordnet ist, wird ein Austreten der Ätzlösung 7 verhindert. Außerdem verhindert der O-Ring 17, dass Ätzlösung 7 in Kontakt mit einem Randbereich 3 des Halbleitersubstrates gelangt. Eine zweite Elektrode 11 ist in die Ätzlösung 7 eingetaucht. Die beiden Elektroden 9, 11 sind mit einer Steuerung 13 verbunden, wobei die Steuerung 13 eine zwischen den Elektroden 9, 11 anliegende Spannung variieren kann. Unter dem Gefäß 15 ist eine Lampe 19 angeordnet, um das Halbleitersubstrat 1 durch die weitgehend transparente erste Elektrode 9 hindurch von hinten zu beleuchten. Die Lampe 19 ist ebenfalls mit der Steuerung 13 verbunden, wobei die Steuerung 13 dazu ausgelegt ist, die Helligkeit bzw. die abgestrahlte Lichtintensität der Lampe 19 zu variieren.

Bei der in Fig. 2 gezeigten alternativen Vorrichtung befindet sich in einem Gefäß 15 eine Flusssäure-haltige Ätzlösung 7. Ein Halbleitersubstrat 1 lagert vertikal an einer ersten Elektrode 9. Sowohl die erste Elektrode 9 wie auch eine zweite Platinelektrode 11 sind in die Ätzlösung 7 eingetaucht. Beide Elektroden 9, 11 sind wiederum mit einer

spannungsversorgenden Steuerung 13 verbunden. Ein Tunnel 21 dient zur Homogenisierung des zwischen den beiden Elektroden 9, 11 verlaufenden elektrischen Feldes. Eine Lampe 19 dient zur Beleuchtung des Halbleitersubstrates 1 von hinten durch die weitgehend

transparente erste Elektrode 9 hindurch und kann mit Hilfe der Steuerung 13 in ihrer

Helligkeit variiert werden. Ein Randbereich 3 des Halbleitersubstrates 1 wurde vor dem Eintauchen in die Ätzlösung 7 mit einer Lackschicht 5 geschützt und auf diese Weise verhindert, dass die Ätzlösung 7 in Kontakt mit dem Randbereich 3 kommt.

Anhand von Fig. 3 sollen Verfahrensschritte (a) bis (e) eines Verfahrens zum Bilden dünner Halbleiterschichtsubstrate gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Dabei ist jeweils links eine schematische Darstellung des aktuellen Zustands des verwendeten Halbleitersubstrates 1 dargestellt, rechts ist im zeitlichen Verlauf die Intensität des von der Lampe 19 auf das Halbleitersubstrat 1 eingestrahlten Lichtes angegeben.

Hierbei ist zu bemerken, dass aufgrund des eingestrahlten Lichtes positive Ladungsträger, das heißt,„Löcher", in dem als Halbleitersubstrat 1 verwendeten n-leitenden Siliziumwafer generiert werden. Je mehr Löcher in dem Halbleitersubstrat zur Verfügung stehen, umso größer kann der durch das Halbleitersubstrat 1 fließende Ätzstrom, der aufgrund der zwischen den beiden Elektroden 9, 11 angelegten Spannung fließt, sein. Damit ist die angegebene eingestrahlte Lichtintensität I ein direktes Maß für den aktuell fließenden Ätzstrom und damit für die aktuell geätzte Porosität, welche die Ätzlösung 7 im oberfiächennahen Bereich des Halbleitersubstrates 1 einstellt.

In den in Fig. 3 gezeigten Veranschaulichungen ist jeweils ein Bereich einer Teiloberfläche eines Halbleitersubstrates 1 gezeigt, der von der Ätzlösung 7 benetzt wird und der an den nicht zu ätzenden Randbereich 3 angrenzt. Der Randbereich 3 wird hierbei durch eine Schutzschicht 5 vor der Ätzlösung 7 geschützt.

In einem ersten Schritt (a) wird ein Halbleitersubstrat 1 in Form eines n-Typ-Siliziumwafers der Kristallrichtung 100 bereitgestellt und an einer Teiloberfläche seiner oberen Oberfläche mit der Ätzlösung 7 in Kontakt gebracht. Da bisher noch kein Licht von der Lampe 19 auf den Wafer 1 eingestrahlt wird, ist der Ätzstrom zwischen den Elektroden 9, 11 und damit die Ätzintensität zunächst vernachlässigbar gering.

In Schritt (b) wird zum Zeitpunkt ti die Lampe eingeschaltet und zunächst bei geringer Lichtintensität für zwischen etwa 1 und 60 Minuten gehalten. Es kommt während dieser Phase zu einem geringen Ätzstrom mit einer typischen Stromdichte im Bereich von 1 bis 10 mA/cm ² . Die zwischen den Elektroden 9, 11 angelegte Spannung liegt im Bereich von 0,5 bis 5 V. Der Ätzvorgang beginnt dabei an der mit der Ätzlösung 7 in Kontakt stehenden Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 in Bereichen, die entweder zuvor zum Beispiel mittels Fotolithographie definiert wurden, indem angrenzende Bereiche durch eine

Ätzbarrierenschicht geschützt wurden, oder in denen natürliche Nukleationskeime an der Substratoberfläche 1 existieren. Aufgrund des bisher nur geringen Ätzstromes werden während dieser Ätzphase enge Kanäle 31 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 5 μιη in die Substratoberfiäche eingeätzt. Die Kanäle verlaufen weitgehend senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1. Durch das Einätzen der engen Kanäle 31 wird eine erste, obere, makroporöse Schicht 33 erzeugt. Die Dauer, während der die Beleuchtung und damit der Ätzstrom derart gering gehalten wird, wird so gewählt, dass die Dicke der erzeugten makroporösen Schicht 33 einer gewünschten Dicke eines zu bildenden

Halbleiterschichtsubstrates entspricht. Typische angestrebte Dicken liegen im Bereich von 10 - 50 μιη. Typische Ätzdauern sind hierfür 1 bis 60 min, beispielsweise 10 bis 60 min.

In einem nächsten Verfahrensschritt (c) wird die von der Lampe 19 eingestrahlte Lichtintensität I erhöht. Die Lichtintensität kann dabei abrupt oder sukzessiv über einen Zeitraum von wenigen Minuten erhöht werden, wobei durch die Art des Erhöhens eine resultierende Oberflächenstruktur der erzeugten porösen Schicht beeinflusst werden kann. Durch die gestiegene Anzahl an zur Verfügung stehenden, generierten Ladungsträgern in dem Halbleitersubstrat 1 kommt es zu einem gestiegenen Ätzstrom und damit zu einer erhöhten Ätzrate. Es hat sich gezeigt, dass bei einer derart erhöhten Ätzrate der Ätzvorgang nicht mehr hauptsächlich senkrecht zur Oberfläche des Substrates 1 fortschreitet, sondern auch quer dazu. Daher nimmt der Durchmesser der eingeätzten Kanäle so stark zu, dass benachbarte Kanäle oder Poren zusammenwachsen. Es wird eine freigeätzte Schicht 35 gebildet. In dieser freigeätzten Schicht 35 verbleibt kein Halbleitermaterial in den Bereichen zwischen benachbarten geätzten Kanälen. Somit trennt die freigeätzte Schicht 35 die darüber liegende makroporöse Schicht 33 von dem darunter verbleibenden Substrat 1, sodass die makroporöse Schicht 33 freitragend ist und nur noch über den Randbereich 3 mit dem Substrat 1 verbunden ist.

In einem weiteren Verfahrensschritt (d) wird die Beleuchtungsintensität erneut reduziert, so dass sich wieder dünnere Kanäle bilden und eine weitere makroporöse Schicht 37 ausgebildet wird.

Anschließend kann in einem Verfahrensschritt (e) die Beleuchtungsintensität erneut verstärkt werden und eine weitere freigeätzte Schicht 39 gebildet werden.

Die Verfahrensschritte (d) und (e) können mehrfach wiederholt werden, so dass es zu einer Schichtenfolge von makroporösen Schichten und daran angrenzenden freigeätzten Schichten kommt.

Da sich die Zirkulation von Ätzlösung in den engen Kanälen der porösen Schichten mit zunehmender Tiefe der Kanäle verschlechtern kann und somit die Ätzraten abnehmen können, können entsprechende Maßnahmen ergriffen werden, um auch die tiefer liegenden makroporösen und freigeätzten Schichten mit einer ähnlichen Struktur und Dicke auszubilden wie die weiter oben liegenden Schichten. Beispielsweise kann der Ätzlösung ein

Benetzungsmittel zugegeben werden, die Lichtintensität bzw. die Ätzdauern können entsprechend angepasst werden oder die Konzentration der verwendeten Ätzlösung kann variiert werden.

Nachdem die gewünschte Struktur von mehreren aneinander angrenzenden makroporösen Schichten und freigeätzten Schichten in dem Halbleitersubstrat ausgebildet wurde, wird dieses aus der Ätzlösung entnommen, in deionisiertem Wasser gespült und gereinigt und anschließend getrocknet. Hierbei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die mehreren übereinander geschichteten freitragenden makroporösen Schichten alle mit dem ungeätzten Randbereich 3 verbunden und durch diesen mechanisch stabilisiert sind. Der Stapel aus makroporösen Schichten kann somit zusammen mit dem verbleibenden ungeätzten Halbleitersubstrat in einfacher Weise als Gesamtheit weiter verarbeitet werden.

Beispielsweise kann in einem gemeinsamen Fluid- Verfahrensschritt (f) das gesamte

Halbleitersubstrat mitsamt den darin eingeätzten Schichtstrukturen einem

Hochtemperaturschritt unterzogen werden, bei dem das Halbleitersubstrat einer Sauerstoffhaltigen Gasatmosphäre bei hohen Temperaturen von über 450 °C ausgesetzt wird. Bei diesen hohen Temperaturen wird die Oberfläche des Siliziumsubstrates aufoxidiert und es bildet sich eine dünne Siliziumdioxidschicht 45 (Si0 ₂ ). Da das heiße Sauerstoff-haltige Gas problemlos auch in die Hohlräume der porösen bzw. freigeätzten Schichten 33, 35, 37, 39 eindringen kann, wird die gesamte Oberfläche der porösen Schichten mit einer dünnen Oxidschicht 45 mit einer Dicke von wenigen nm bedeckt. Die dünne Oxidschicht kann als

Oberflächenpassivierung wirken. Die aufgrund der porösen Struktur stark vergrößerte Oberfläche der porösen bzw. freigeätzten Schichten 33, 35, 37, 39 wird somit gut gegen eine ansonsten dort verstärkt auftretende Rekombination geschützt. Untersuchungen haben ergeben, dass Siliziumsubstrate, bei denen eine poröse Schicht auf diese Weise oberflächenpassiviert wurde, ähnlich hohe Ladungsträger-Lebensdauern aufweisen und damit eine ähnlich hohe elektronische Qualität besitzen wie das als Ausgangsmaterial verwendete einkristalline Siliziumwafermaterial.

Alternativ zu dem beschriebenen Oxidationsprozess können auch andere Fluid- Verfahrensschritte durchgeführt werden. Hierbei kann jeweils ausgenutzt werden, dass einerseits der bisher noch nicht mechanisch unterteilte Stapel aus makroporösen Schichten 33, 37 und dazwischen liegenden freigeätzten Schichten 35, 39 einfach als Gesamtheit gehandhabt werden kann, und dass andererseits das Fluid in die gesamte poröse Struktur einfach eindringen kann und somit alle der übereinander geschichteten makroporösen

Schichten in ähnlicher Weise behandelt werden können. Alternative Fluid- Verfahrensschritte können zum Beispiel eine Gasphasendiffusion, eine Atomlagenabscheidung oder eine nasschemische Behandlung umfassen.

Da der Fluid- Verfahrensschritt gemeinsam an einer Vielzahl von an dem Halbleitersubstrat ausgebildeten porösen Schichten gleichzeitig durchgeführt werden kann und diese Schichten anschließend in dem durch den Fluid- Verfahrensschritt vorprozessierten Zustand zu fertigen Solarzellen weiterverarbeitet werden können, kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein Durchsatz bei der Solarzellenherstellung erheblich erhöht werden.

In einem anschließenden Verfahrensschritt (g) werden dann die einzelnen makroporösen Schichten 33, 37 vorzugsweise nacheinander mechanisch von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt. Hierzu kann beispielsweise an eine zuoberst liegende makroporöse Schicht 33 ein Trägersubstrat 41 angehaftet werden. Das Trägersubstrat 41 mitsamt der daran angehafteten makroporösen Schicht 33 kann dann einer mechanischen Kraft ausgesetzt werden, so dass die makroporöse Schicht 33 in einem Umfangsbereich 43 in der Nähe des Randbereichs 3 bricht und somit von der dem Halbleitersubstrat 1 abgelöst werden kann. Das Trägersubstrat 41 kann dabei so gewählt werden, beispielsweise als transparente Glasplatte, dass es auch während anschließender Verfahrensschritte oder auch während eines nachfolgenden Einsatzes der makroporösen Schicht als Solarzelle als Trägersubstrat weiterverwendet werden kann. Alternativ kann das Trägersubstrat 41 in einem späteren Verfahrensschritt wieder von der makroporösen Schicht 33 gelöst werden.

Der Verfahrensschritt (g) des Abtrennens der zuoberst liegenden makroporösen Schicht kann mehrfach wiederholt werden, bis alle zuvor erzeugten makroporösen Schichten 33, 37 von dem Halbleitersubstrat 1 abgetrennt wurden.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Halbleitersubstrat 1, bei dem innerhalb eines ungeätzt verbleibenden rahmenartigen Randbereichs 3 eine makroporöse Schicht 33 eingeätzt wurde. Um die makroporöse Schicht 33 anschließend auslösen zu können, wird mit Hilfe eines Lasers oder einer Chipsäge ein Graben 47 in der Nähe des Randbereichs 3 eingebracht. Die Tiefe des Grabens 47 entspricht etwa der Dicke der makroporöse Schicht 33, so dass diese anschließend problemlos von dem Halbleitersubstrat 1 getrennt werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Siliziumsubstrates, an dessen

Oberfläche mehrere übereinander liegende makroporöse Schichten 33, 37 und jeweils zwischen benachbarten makroporösen Schichten ausgebildete freigeätzte Schichten 35, 39 zu erkennen sind. Die Figur zeigt eine schräge Aufsicht auf einen Bruch einer makroporösen Probe mit regelmäßig angeordneten Poren, wobei an einer Oberfläche eines als

Ausgangssubstrat dienenden Siliziumwafers vor dem Ätzen ein schachbrettartiges Muster mittels Fotolithographie definiert wurde.

Fig. 6 zeigt eine Elektronenmikroskopaufhahme einer einzelnen, abgelösten makroporösen Schicht 33, wie sie anschließend als Halbleiterschichtsubstrat zur Weiterverarbeitung zu einer dünnen Solarzelle dienen kann. Die makroporöse Struktur mit Poren in einer Größenordnung von wenigen μηι ist gut zu erkennen. Gleichzeitig weist die Oberfläche der makroporösen Schicht aufgrund der verteilten Poren eine gewisse Oberflächentextur auf, die bei der

Verwendung als Substrat für eine Solarzelle eine gewünschte Verminderung von

Reflexionsverlusten bewirken kann. Aufgrund des Herstellungsverfahrens wird diese

Oberflächentextur automatisch beim Bilden der makroporösen Schicht erzeugt und erfordert keine zusätzlichen Verfahrensschritte.

Es gibt nun viele Prozessvarianten, wie aus den zuvor im Rahmen eines Fluid- Verfahrensschritt oberflächenbehandelten Halbleiterschichtsubstraten Solarzellen hergestellt werden können. Der genaue Prozess kann unter anderem von der Natur der

Oberflächenbehandlung abhängen.

Ist die Oberflächenbehandlung eine Phosphor-Diffusion in der Oberfläche eines n-Typ makroporösen Silizium- Halbleiterschichtsubstrates, so ist zur Herstellung einer Solarzelle auf einer der beiden Seiten wenigstens lokal noch ein p-Typ-Kontakt erforderlich, der

vorteilhafterweise die Phosphor-Diffusion unter dem Kontakt überkompensiert. Dies kann mit lokal oder flächig aufgebrachtem Aluminium und vorzugsweise in Kombination mit dem Ablösen der einzelnen Schichten geschehen. Die Phosphor-Diffusion kann mit einem leitfähigen transparenten Oxid oder mit einem Metall kontaktiert werden.

Ist die Oberflächenbehandlung eine Abscheidung einer Al ₂ 0 ₃ -Schicht, so entsteht aufgrund von in die Al ₂ 0 ₃ -Schicht integrierten elektrischen Ladungen ein den Strom sammelnder induzierter pn-Übergang, der mit einem Tunnelkontakt oder mit einer lokalen p-Typ

Diffusion kontaktiert werden kann. In diesem Fall ist dann auf einer der beiden Seiten noch ein Kontakt zum n-Typ makroporösen Silizium zu erzeugen. Dies kann z. B. durch das Laserdotieren einer n-Typ Schicht auf Teilen einer Seite geschehen. Es ist ein grundsätzliches Problem beim einseitigen Prozessieren von makroporösen

Schichten, dass die Poren die Gefahr mit sich bringen, dass die Prozesse durch die Poren hindurchgreifen und daher immer auf beiden Seiten der makroporösen Schicht wirken. Weil eine Solarzelle aber ein nicht symmetrisches Bauteil sein muss, dass z. B. p-Typ und n-Typ Bereiche hat, werden immer auch einseitig wirkende Prozesse benötigt werden.

Um gezielt einseitige Prozesse zu ermöglichen, kann vorzugsweise vor dem Auslösen der oberflächenbehandelten makroporösen Halbleiterschichtsubstrate aus dem rahmenartigen Randbereich ein Depositionsprozess genutzt werden, der bei niedrigem Druck von beispielsweise weniger als 100 Pa geschieht. Der Depositionsdruck verhindert eine

Deposition in der Tiefe der Poren und auf der Rückseite der außenliegenden makroporösen Schicht. So wird ein einseitiges Prozessieren poröser Schichten möglich, was für das Herstellen von Solarzellen aus den oberflächenbehandelten Schichten nützlich ist.

Ein solcher denkbarer Prozess ist die Deposition einer Aluminium- Schicht. Diese erzeugt bei hoher Temperatur im so genannten Feuer-Schritt einen p-Typ Bereich, welcher als Emitter genutzt werden kann. Die Aluminium- Schicht auf der oberen Seite der obersten porösen Schicht stabilisiert diese zudem mechanisch, was ein homogenes Ablösen großer Schichten erleichtert. Alternativ kann die Aluminium- Schicht auch über ein Siebdruck- Verfahren aufgebracht werden, die nachfolgenden Prozessschritte verändern sich dadurch nicht.

Alternativ ist ein einseitiges Prozessieren auch durch das Anwenden viskoser

Beschichtungsmassen oder viskoser Ätzlösungen möglich, die zu viskos sind um in die Poren einzudringen. Dies kann schichtweise und jeweils vor dem Auslösen der Schichten aus dem Rahmen entstehen. Abschließend wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe„umfassen",„aufweisen" etc. das Vorhandensein weiterer Elemente nicht ausschließen. Der Begriff„ein" schließt auch das Vorhandensein einer Mehrzahl von Gegenständen nicht aus. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen dienen lediglich der besseren Lesbarkeit und sollen den Schutzbereich der Ansprüche in keiner Weise einschränken.

BEZUGSZEICHENLISTE

I Halbleitersubstrat 3 Randbereich

5 Schutzschicht

7 Ätzlösung

9 erste Elektrode

I I zweite Elektrode 13 Steuerung

15 Gefäß

17 O-Ring

19 Lampe

21 Tunnel

31 Kanal

33 makroporöse Schicht

35 freigeätzte Schicht

37 makroporöse Schicht

39 freigeätzte Schicht

41 Trägersubstrat

43 Umfangsbereich

45 Dielektrikumschicht

47 Graben