Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle aus kristallinem Silizium, in deren Substrat in einer ersten Oberfläche ein mittels Bor-Diffusion erzeugter Dotierungsbereich und in einer zweiten Oberfläche ein Phosphor-Dotierungsbereich vorgesehen ist. Sie betrifft des Weiteren eine Solarzelle dieses Typs.

Stand der Technik Solarzellen auf der Basis von mono- oder polykristallinem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, erbringen trotz der Entwicklung und Markteinführung neuartiger Solarzellentypen, wie Dünnschicht- und organischen Solarzellen, den weitaus größten Teil der durch photovoltaische Energieumwandlung gewonnenen elektrischen Energie. Auch bei den kristallinen Silizium-Solarzellen gab es in jüngerer Zeit wesentliche neue Entwicklungen, zu denen die Solarzellen des o. g. Typs (speziell die sog. n-PERT- Solarzellen) zählen. Im Interesse einer Optimierung der Ausbeute der photovoltaischen Energieumwandlung wurde auch der kontinuierlichen Verbesserung der Solarzellen-Vorderseiten zur Verringerung von

Reflexionsverlusten große Aufmerksamkeit geschenkt.

Die Siliziumnitridabscheidung als Passivier- und Antireflexbeschichtung mittels PECVD-Verfahren ist weltweit Stand der Technik in der gesamten PV-lndustrie, vgl. Armin G. Aberle, Solar Energy Materials & Solar Cells 65 (2001) 239-248; D. H. Neuhaus and A. Münzer, Advances in OptoElectronics Vol. 2007, ArticlelD 24521, dx.doi.org/10.1155/2007/ 24521. Die genauen chemischen, mechanischen, elektrischen und optischen Eigenschaften der Nitridschichten hängen stark von den speziellen Prozessparametern ab. Im Allgemeinen basiert die PECVD-Chemie auf wasserstoffhaltigen Reaktanten (z. B. SiH ₄ , NH ₃ ), und bildet daher nicht- stöchiometrische, amorphe Schichten mit einem H-Anteil bis zu 40 at.%, vgl. abermals D. H. Neuhaus and A. Münzer (siehe oben) sowie F. Duerickx and J. Szlufcik, Solar Energy Materials & Solar Cells 72 (2002) 231-246.

Der Wasserstoff im SiN:H ist verantwortlich für die hervorragenden Passi- viereigenschaften des Siliziumnitrides zur Oberflächenpassivierung sowie zur Herabsetzung der Bulkrekombination während des Hochtemperaturschrittes durch Wasserstoffdiffusion zu Defektstellen und Absättigung offener Bindungen. Dabei wurden vor allem mit höher brechenden Nitriden (n>2,2@632nm) exzellente Ergebnisse erzielt, vgl. abermals F. Duerickx and J. Szlufcik (siehe oben). Höhere Brechungsindizes erreicht man durch einen höheren Silizium- bzw. Silananteil in der Schicht, gesteuert durch das NH ₃ /SiH ₄ -Verhältnis der Gasflüsse während des PECVD-Prozesses.

Gleichzeitig steigen auch die Absorptionsverluste innerhalb der Nitridschicht, weshalb es für die Anwendung als Passivier- und Antireflexions- schicht gilt, einen Kompromiss zwischen Passivierqualität, Reflexionsminimum, und Absorptionsverlusten zu finden.

In der US 6,372,672 Bl wird für die Halbleiterindustrie ein PECVD-Silizium- nitrid als wasserstoffarmes Caplayer (<35at.%-H) beschrieben, um ther- misch-induzierte Spannungsvariationen während des Annealprozesses zu reduzieren und damit das sog. „Popping" oder„Blistern" zu verhindern. Dabei wird in einem bestimmten Prozessfenster während des PECVD-Prozesses der H-Anteil so niedrig gehalten, dass sich keine Si-H-Bindungen im FTIR-Spektrum ausbilden, was dort zur gewünschten Eigenschaft führt. Offenbarung der Erfindung

Mit der Erfindung wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereitgestellt. Des Weiteren ergibt die Erfindung eine Solarzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Gemäß den Überlegungen der Erfinder soll ein wasserstoffarmes Siliziumnitrid in einem Prozessschritt zur industriellen Herstellung einer Hocheffi- zienzsolarzelle als Diffusionsbarriere eingesetzt werden. Wasserstoff ist, wie bereits erläutert, zur chemischen Passivierung nötig. Aktuell besteht aber das Problem, dass der Wasserstoff im anschließenden Hochtemperaturschritt ausdiffundiert und die Struktur des Nitrids derart verändert, dass keine ausreichend gute Barrierefunktion (gegen Phosphor und Bor) mehr gegeben ist, mit negativen Auswirkungen auf Dotierprofil und Schichtwiderstand. Weiterhin ist nicht mehr genügend Wasserstoff im Nitrid vorhanden, um im abschließenden Sinterschritt eine gute Oberflächenpassivie- rung zur Effizienzsteigerung zu erzielen. Das neue wasserstoffarme Nitrid soll hochstöchiometrisch und damit als exzellente Diffusionsbarriere ohne Strukturveränderung durch erhöhtes thermisches Budget (>900°C) wirken. Es wird dadurch verhindert, dass es während der Bordiffusion weder zum Überkompensieren der n-Seite durch Bor(p)-Eindiffusion kommt, noch zur Ausdiffusion von Phosphoratomen aus dem Wafer heraus.

Eine hochstöchiometrische, dichte Abdeckschicht (Cap) verhindert die Ein- diffusion von Bor in das zu schützende phosphordotierte Gebiet während des Bordiffusionsprozesses unter Hochtemperatur. Die Abdeckschicht ver- hindert gleichzeitig die Ausdiffusion von Phosphor während der Bordiffu- sion. Die SiN-Abdeckschicht weist dabei keine Strukturänderungen infolge Wasserstoffausdiffusion durch das thermische Budget auf.

In einer Ausführung der Erfindung wird als Abdeckschicht eine Silizium- nitridschicht mit einem Wasserstoffgehalt von 10 Atom% oder weniger, insbesondere von 5 Atom% oder weniger, aufgebracht.

In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass als Abdeckschicht eine mit Sauerstoff oder Kohlenstoff dotierte wasserstoffarme Sil iziumnitrid- schicht aufgebracht wird.

Die aus derzeitiger Sicht bevorzugte Herstellungsart besteht darin, dass die Abdeckschicht in einem PECVD-Schritt mit Silan und Stickstoff als Prozessgas abgeschieden wird. Die Reaktion läuft gemäß folgender Reak- tionsgleichung ab:

3 SiH ₄ + 2 N ₂ - Si ₃ N ₄ + 6 H ₂ .

Eine Ausgestaltung dieser Methode besteht in der PECVD-Abscheidung des H-armen SiN mit phosphorhaltigen Precursoren (z. B. PH ₃ , POCI ₃ ) und damit Abscheidung von SiN:P-Schichten. Damit ist die Abdeckschicht neben der Funktion als Diffusionsbarriere und Antireflexschicht gleichzeitig eine Dotierquelle für den Diffusionsprozess, was gleichzeitig zur Ausbildung eines Phosphor-BSF aus der Abdeckschicht heraus führt. Hiermit wird eine zusätzliche Passivierwirkung durch Feldeffekt-Passivierung erzeugt. Des Weiteren kann die SiN:P-Schicht insbesondere auch in einem Schichtstapel mit einer zweiten wasserstoffarmen Siliziumnitriddeckschicht kombiniert werden, um die Dotierquelle zu schützen. Technische Alternativen bietet die SiNx-Abscheidung in einem PVD-Prozess durch Sputtern eines Siliziumtargets mit Stickstoffionen. Eine weitere Alternative ist die LPCVD-Abscheidung in einem Hochtemperaturofenpro- zess.

Eine weitere Möglichkeit, den Wasserstoffgehalt im SiN zu reduzieren, ist eine Plasmanachbehandlung der Oberfläche im Inertgasplasma (He, Ar, N ₂ ). Dabei werden oberflächennahe N-H- und Si-H-Bindungen aufgebrochen, entstehende dangling bonds erzeugen Si-N-Bindungen, die gegen- über Si-Si-Bindungen energetisch bevorzugt sind, und führen so zur

Wasserstoffreduktion. Die entstehenden freien Wasserstoffatome werden als molekularer Wasserstoff abgepumpt.

Die als Diffusionsbarriere wirkende Abdeckschicht kann nach dem Hoch- temperaturschritt bzw. der Bordiffusion wieder entfernt und durch ein höherbrechendes Passiviernitrid ersetzt werden oder aber als Antireflex- schicht/Passivierschicht erhalten bleiben. Im letzteren Falle ergibt sich eine Solarzelle mit dem erfindungsgemäßen Aufbau. Um eine allen Anforderungen genügende Passivierung der Solarzelle zu gewährleisten, kann die hier beschriebene wasserstoffarme Capschicht mit einem Passivier- layer, z. B. PECVD-Si0 ₂ , nasschemisches Si0 ₂ oder thermisches Si0 ₂ kombiniert werden, so dass die Rückseite einen Stack aus Si0 ₂ /Si ₃ N ₄ bildet, bei dem das H-arme SiN-Cap bei abgestimmter Schichtdicke gleichzeitig als Antireflexbeschichtung fungiert. Insbesondere ist ein PECVD-Si0 ₂ für die Stackabscheidung in einer PECVD-Durchlaufanlage bestens geeignet.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte, schematische Zeichnung näher erläutert. Ausführungsformen der Erfindung

Die einzige Figur zeigt schematisch in einer Querschnittsdarstellung eine Solarzelle 1 mit einem kristallinen Siliziumsubstrat 3 vom n-Typ und einer jeweils pyramidenartig strukturierten ersten (vorderseitigen) Oberfläche 3a und zweiten (rückseitigen) Oberfläche 3b. In der ersten Oberfläche 3a ist durch Bordiffusion ein erster Dotierungsbereich (Emitterbereich) 5 gebildet, und in der zweiten Oberfläche ist durch Phosphordiffusion oder

Ionenimplantation als zweiter Dotierungsbereich ein flaches Back Surface Field 7 gebildet.

Auf der ersten und zweiten Oberfläche 3a, 3b ist jeweils als Antireflex- schicht eine dichte, wasserstoffarme Siliziumnitridschicht 9a bzw. 9b abgeschieden, deren Abscheidung im Verfahrensablauf nach dem Phosphordiffu- sionsschritt zur Erzeugung des zweiten (rückseitigen) Dotierungsbereiches und vor dem Bordiffusionsschritt zur Dotierung des ersten (vorderseitigen) Dotierungsbereiches erfolgt ist und die im letztgenannten Verfahrensschritt bezüglich des zweiten Dotierungsbereiches als Bor-Eindiffusions- barriere und gleichzeitig als Phosphor-Ausdiffusionsbarriere wirkte. Die Antireflexschicht kann um eine zusätzliche Teilschicht aus einem Oxid (etwa Siliziumoxid) ergänzt sein, die die Passivierungseigenschaften der Schicht verbessert, in der Figur aber nicht gezeigt ist. Auf der Solarzellen- Vorderseite (ersten Oberfläche) 3a ist eine Vorderseiten-Metallisierung IIa und auf der Solarzellen-Rückseite (zweiten Oberfläche) 3b eine Rücksei- ten-Metallisierung IIb angebracht.

Aus derzeitiger Sicht werden in dem erwähnten PECVD-Verfahren vorteilhaft die folgenden Bereiche der Abscheidungsparameter eingestellt: • Plasmatyp Mikrowellenplasma, remote- Besch ichtung

• Niederdruckregime 1..100 Pa (10 ^" -2..10 ^" 0 mbar)

• Temperatur T = 300..400°C

• Generatorleistung P = 1000..2000 W

• Silanfluss [SiH4] = 40..200 sccm,

• Stickstofffluss [N2] = 1000..2000 sccm,

• evtl. geringe Mengen NH ₃ zur mod. des Brechungsindex [NH3] 20..160 sccm.

Im Rahmen fachmännischen Handelns ergeben sich weitere Ausgestaltungen und Ausführungsformen des hier nur beispielhaft beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung.