Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einem Rückseitenkontakt mit einer Tunnelbarriere , enthaltend die folgenden Schritte : Bereitstellen eines einkristallinen Wafers mit einer Vorderseite und einer Rückseite , wobei der Wafer Silicium und einen Dotierstof f enthält oder daraus besteht , Herstellen einer Tunnelbarriere auf dem Wafer, Abscheiden einer polykristallinen oder amorphen Schicht auf der Tunnelbarriere , wobei die polykristalline oder amorphe Schicht Silicium und einen Dotierstof f enthält oder daraus besteht , und Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht auf der Vorderseite . Solchermaßen hergestellte Solarzellen sind als tunnel passivated contact solar cell ( TOPcon-Solarzelle ) bekannt .

Bei hochef fi zienten Solarzellen limitieren die metallischen Rückseitenkontakte den Wirkungsgrad . Zur Lösung dieses Problems ist aus Martin Hermle : „Mit neuen Verfahren näher an die ideale Solarzelle" , www . bine . info/Proj ektinfo_13_2017 bekannt , den Rückseitenkontakt als Mehrschichtsystem aus zuführen . Dazu wird unmittelbar auf die Rückseite des die Solarzelle bildenden Substrats eine Tunnelbarriere aus einem Oxid aufgebracht . Auf diese Tunnelbarriere wird polykristallines oder amorphes Silicium abgeschieden . Das polykristalline oder amorphe Silicium kann weiterhin optional einen Dotierstof f enthalten . Auf diesem polykristallinen oder amorphen Silicium wird wiederum ein Metallkontakt hergestellt . Der so hergestellte Rückseitenkontakt lässt einerseits einen verlustarmen Transport der Maj oritäts- ladungsträger zu . Andrerseits wird die Rekombination von Ladungsträgern am Rückseitenkontakt unterdrückt .

Der Nachteil dieser Solarzellen liegt j edoch in der aufwändigen Herstellung . Die übliche Herstellung der Schicht aus polykristallinem oder amorphem dotierten Silicium erfolgt durch eine Niederdrucksynthese mittels chemischer Gasphasenabscheidung . Hierdurch werden j edoch sowohl die Vorder- als auch die Rückseite des Wafers beschichtet . Daher muss das polykristalline oder amorphe dotierte Silicium von der Vorderseite wieder entfernt werden . Dies erfolgt nach dem Stand der Technik mittels nasschemischem Ätzen in HF und/oder HNO3 und/oder einer alkalischen Lösung . Dadurch wird j edoch auch die Schicht auf der Rückseite sowie fallweise die Tunnelbarriere geätzt , so dass die Ausbeute funktions fähiger Zellen gering ist .

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren zur Herstellung des Rückseitenkontaktes einer TOPcon-Solarzelle anzugeben, welches zuverlässig zu vorhersagbaren Ergebnissen führt .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen .

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Herstellung einer Solarzelle mit einem Rückseitenkontakt mit einer Tunnelbarriere einen vorzugsweise einkristallinen Wafer zu verwenden . Der Wafer kann aus monokristallinen Sili zium bestehen bzw . monokristallines Sili zium enthalten . Der Wafer kann durch Sägen aus einem Ingot gefertigt sein . Der Wafer kann eine Dicke von etwa 50 pm bis etwa 200 pm oder von etwa 60 pm bis etwa 120 pm aufweisen . Der Wafer kann optional einen Dotierstof f enthalten, welcher eine erste Leitfähigkeit bewirkt . Die erste Leitfähigkeit kann beispielsweise eine n-Leit f ähigkeit sein . Hierzu kann der Dotierstof f ausgewählt sein aus Phosphor, Stickstof f und/oder Arsen . Der Wafer kann polygonal oder rund sein und beispielsweise einen Durchmesser bzw . einen Umkreis mit einem Durchmesser von etwa 100 mm bis etwa 200 mm oder von etwa 150 mm bis etwa 300 mm aufweisen .

Der Wafer weist eine Vorderseite und eine gegenüberliegende Rückseite auf , wobei für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung die Vorderseite als Lichteintritts fläche der fertigen Solarzelle ausgebildet ist . Die Vorderseite kann in an sich bekannter Weise mit einem Emitter versehen sein, welcher zumindest einen pn-Ubergang enthält . Darüber hinaus kann an der Vorderseite zumindest ein Vorderseitenkontakt angebracht sein . Optional kann die Vorderseite mit ref lektionsmindernden Vergütungsschichten und/oder Strukturierungen versehen sein, um den Wirkungsgrad zu erhöhen .

Die Rückseite wird mit einem Rückseitenkontakt versehen, sodass bei Lichteinfall auf die Solarzelle zwischen dem Vorderseitenkontakt und dem Rückseitenkontakt eine elektrische Spannung entsteht und ein Strom abgegri f fen werden kann .

Zum Herstellen des Rückseitenkontakts wird auf dem Wafer eine Tunnelbarriere hergestellt . Die Tunnelbarriere kann einen I solator bzw . ein Dielektrikum enthalten . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Tunnelbarriere eine Keramik sein bzw . eine Keramik enthalten . Insbesondere kann die Tunnelbarriere ein Nitrid oder ein Oxid sein . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Tunnelbarriere Sili ziumoxid enthalten oder daraus bestehen . Die Tunnelbarriere kann durch chemische Gasphasenabscheidung, Sputter- verfahren oder Tempern des Wafers in einer oxidierenden Atmosphäre hergestellt sein . Die Tunnelbarriere kann eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 5 nm oder von etwa 1 , 5 nm aufweisen . In Abhängigkeit des gewählten Herstellungs- verfahrens kann die Tunnelbarriere ausschließlich auf der Rückseite oder sowohl auf der Rück- als auch auf der Vorderseite des Wafers erzeugt werden .

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, auf der Tunnelbarriere eine polykristalline oder amorphe Schicht abzuscheiden, wobei die polykristalline oder amorphe Schicht zumindest Sili zium enthält oder daraus besteht . Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung bezeichnet eine polykristalline oder amorphe Schicht eine Schicht , welche in einer Rötgenstrukturanalyse amorph, kristallin oder teilkristallin erscheint . Optional kann die polykristalline oder amorphe Schicht weiterhin einen Dotierstof f enthalten . Der Dotierstof f kann ausgewählt sein aus Stickstof f , Phosphor oder Arsen und insoweit eine n-Leit f ähigkeit in der polykristallinen oder amorphen Schicht bewirken . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann die polykristalline oder amorphe Schicht weiterhin einen Dotierstof f enthalten, welcher ausgewählt ist aus Bor, Aluminium oder Gallium und insoweit eine p-Leitfähigkeit in der polykristallinen oder amorphen Schicht bewirkt .

Die polykristalline oder amorphe Schicht kann eine Dicke von etwa 50 nm bis etwa 150 nm oder von etwa 100 bis etwa 120 nm oder von etwa 50 bis etwa 70 nm aufweisen . Die polykristalline oder amorphe Schicht kann vorzugsweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung erzeugt werden, beispielsweise mittels einer Niederdrucksynthese ( LPCVD) oder durch eine Plasmaabscheidung ( PECVD) . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die polykristalline oder amorphe Schicht auch bei Atmosphärendruck abgeschieden werden (APCVD) . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die polykristalline oder amorphe Schicht durch Aufdampfen bzw . physikalische Gasphasenabscheidung ( PVD) erzeugt werden . In Abhängigkeit des Abscheideverfahrens , welches bei der Herstellung der polykristallinen oder amorphen Schicht verwendet wird, entsteht auch die polykristalline oder amorphe Schicht nicht ausschließlich bzw . nicht überwiegend auf der Rückseite des Wafers . Vielmehr kann eine an sich unerwünschte Abscheidung der polykristallinen oder amorphen Schicht auf der Vorderseite unvermeidbar sein .

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, die polykristalline oder amorphe Schicht auf der Vorderseite des Wafers zu entfernen . Dies erfolgt erfindungsgemäß durch Gasphasenätzen, wobei das Ätzmittel zumindest Fluor ( F ₂ ) enthält oder daraus besteht . Völlig überraschend hat sich gezeigt , dass der Wafer mit seiner Rückseite auf einer Halterung aufliegend einer ätzenden Gasatmosphäre ausgesetzt werden kann, ohne dass die polykristalline oder amorphe Schicht von der Rückseite entfernt wird . Völlig überraschend erfolgt der Angri f f des Ätzmittels überwiegend auf der dem of fenen Halbraum zugewandten Vorderseite , obgleich der Di f fusionskoef fi zient in der Gasphase um mehrere Größenordnungen größer ist als in Flüssigkeiten . Dennoch ist die Selektivität des Ätzvorganges erheblich verbessert gegenüber einem nach dem Stand der Technik verwendeten nasschemischen Ätzschritt .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann der Wafer zum Gasphasenätzen auf eine Temperatur von etwa 120 ° C bis etwa 230 ° C oder von etwa 150 ° C bis etwa 260 ° C gebracht werden . Dieser Temperaturbereich erlaubt einerseits eine hinreichend schnelle Bearbeitung des Wafers , sodass eine wirtschaftliche Fertigung der Solarzelle ermöglicht wird . Andererseits verläuft das Ätzen hinreichend langsam, um eine gute Kontrollierbarkeit der Ätztiefe zu ermöglichen . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann der Wafer zum Gasphasenätzen auf eine Temperatur von etwa 170 ° C bis etwa 220 ° C gebracht werden . In wiederum einer anderen Aus führungs form kann der Wafer auf eine Temperatur von etwa 180°C bis etwa 210°C erwärmt werden. Schließlich kann der Wafer in einigen Aus führungs formen der Erfindung auf eine Temperatur von etwa 190°C bis etwa 200°C erwärmt werden. Dabei ermöglichen niedrigere Temperaturen eine bessere Kontrolle und höhere Temperaturen eine raschere Ätzrate, sodass innerhalb der genannten Grenzen die Prozessbedingungen an die gewünschte Verfahrensführung angepasst werden können.

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann der Wafer zum Gasphasenätzen auf einem Transportband aufliegen. Das Transportband kann in einigen Aus führungs formen der Erfindung maschinell angetrieben sein. Hierdurch kann eine exakte Kontrolle der Geschwindigkeit und bei gegebener Länge des Transportbandes eine exakte Kontrolle der Ätzzeit erreicht werden, sodass das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Reproduzierbarkeit aufweist.

In einigen Aus führungs formen der Erfindung wird das Gasphasenätzen mit einer Gasphase durchgeführt, deren Fluorkonzentration etwa 20 Vol.-% bis etwa 30 Vol.-% beträgt. In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann die Fluorkonzentration etwa 23 Vol.-% bis etwa 27 Vol.-% betragen. In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann die Fluorkonzentration etwa 1 Vol.-% bis etwa 100 Vol.-% betragen. In wieder einer anderen Aus führungs form kann die Fluorkonzentration etwa 25,7 Vol.-% betragen. Die verbleibenden Anteile der Gasphase kann zumindest ein Inertgas bilden, beispielsweise Stickstoff und/oder ein Edelgas .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen mit einer Gasphase durchgeführt werden, welcher Fluor mit einem Fluss von etwa 0,1 slm bis etwa 100 slm zugeführt wird. In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen mit einer Gasphase durchgeführt werden, welcher Fluor mit einem Fluss von etwa 3 slm bis etwa 10 slm zugeführt wird. In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann gasförmiges Fluor mit einem Fluss von etwa 5 slm bis etwa 7 slm zugeführt werden. In wiederum anderen Aus führungs formen der Erfindung kann Fluor mit einem Fluss von etwa 5,5 slm bis etwa 6,5 slm zugeführt werden. Die Einheit slm beschreibt dabei die Molekülmenge, welche pro Zeiteinheit und unter Normbedingungen, d.h. einer Temperatur entsprechend 0 °C und einem Druck von 1013,25 mbar, durch den Leitungsquerschnitt fließt, wobei in SI-Einheiten gilt: Isfrn,= 1,68875^^-.

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann der Gasphase während des Gasphasenätzens des Wafers gasförmiger Stickstoff mit einem Fluss von etwa 0 slm bis etwa 100 slm zugeführt werden. In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann der Gasphase während des Gasphasenätzens des Wafers gasförmiger Stickstoff mit einem Fluss von etwa 0,5 slm bis etwa 1,5 slm zugeführt werden. In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann Stickstoff mit einem Fluss von etwa 0,75 slm bis etwa 1,25 slm zugeführt werden. In wiederum einer anderen Aus führungs form kann Stickstoff mit einem Fluss von etwa 0,9 slm bis etwa 1,1 slm zugeführt werden.

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen zwischen etwa 3 Sekunden und etwa 35 Sekunden andauern. In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen zwischen etwa 15 Sekunden und etwa 35 Sekunden andauern. Hierdurch wird eine zuverlässige Entfernung der polykristallinen oder amorphen Schicht auf der Vorderseite und ein optionales Strukturieren der Vorderseite des Wafers ermöglicht. In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen zwischen etwa 20 Sekunden und etwa 22 Sekunden andauern. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht, ohne dass der Wafer geätzt wird. In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen zwischen etwa 27 Sekunden und etwa 30 Sekunden andauern . Dies ermöglicht neben dem Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht eine Strukturierung der als Lichteintritts fläche verwendeten Vorderseite des Wafers .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen in einer Gasphase durchgeführt werden, welche einen Druck von etwa 950 mbar bis etwa 1050 mbar aufweist . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann die Gasphase während des Gasphasenätzens einem Druck von etwa 960 mbar bis etwa 1040 mbar aufweisen . In wieder anderen Aus führungsformen der Erfindung kann der Druck während des Gasphasenätzens zwischen etwa 980 mbar und etwa 1020 mbar betragen . Sofern das Gasphasenätzen bei Atmosphärendruck oder einem dem Atmosphärendruck naheliegenden Druck durchgeführt wird, verringert sich der apparative Aufwand, sodass das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise in eine bestehende Fertigungslinie integrierbar ist .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung wird das Gasphasenätzen bei Erreichen der Tunnelbarriere an der Vorderseite beendet . Es hat sich gezeigt , dass die Ätzrate von Sili ziumoxid nur etwa 0 , 012 nm/ s bis 0 , 016 nm/ s beträgt , während die polykristalline oder amorphe Schicht mit einer Ätzrate von etwa 17 , 0 nm/ s bis etwa 25 nm/ s abgetragen wird . Somit kann eine allseitig abgeschiedene Tunnelbarriere an der Vorderseite als Ätzstoppschicht dienen und die Verfahrens führung vereinfachen, da die einzuhaltenden Toleranzen der Ätz zeit vergrößert werden .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Gasphasenätzen bei Erreichen der Tunnelbarriere an der Vorderseite fortgesetzt werden, sodass eine Oberflächenstrukturierung an der Vorderseite des Wafers entsteht . Diese Verfahrens führung ermöglicht es , eine das Absorptionsverhalten der Solarzelle verbessernde Oberflächenstrukturierung und das Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht in einem Arbeitsgang durchzuführen, sodass die Herstellung der Solarzelle weiter vereinfacht wird .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Oberflächenstrukturierung Strukturen von etwa 1 pm bis etwa 5 pm enthalten oder daraus bestehen . In einigen Aus führungsformen der Erfindung kann die Oberflächenstrukturierung Strukturen von etwa 0 , 5 pm bis etwa 1 , 5 pm enthalten oder daraus bestehen . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Oberflächenstrukturierung Strukturen im Bereich von etwa 0 , 25 pm bis etwa 1 pm enthalten oder daraus bestehen . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Oberflächenstrukturierung Strukturen von etwa 0 , 1 pm bis etwa 0 , 4 pm enthalten oder daraus bestehen . Die Größe der Oberflächenstrukturierung kann j eweils mit einem Rasterelektronenmikroskop bestimmt werden . Die Oberflächenstrukturierung kann dabei unregelmäßig sein und insoweit eine Größenverteilung aufweisen .

In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann das Verfahren weiterhin folgende Schritte aufweisen : Eindi f fundieren von Bor in den Wafer und Entfernen der borhaltigen Schicht an der Rückseite . Es hat sich gezeigt , dass durch eindi f fundieren von Bor in einen Wafer, welcher eine n-Leit f ähigkeit aufweist , in einfacher Weise der als Emitter dienende pn-Übergang erzeugt werden kann . Aufgrund des Herstellungsverfahrens bildet sich ein solcher pn- Übergang sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite aus . Durch nass- oder trockenchemisches Ätzen kann der unerwünschte pn-Übergang auf der Rückseite entfernt werden, um auf diese Weise die Rückseite zur Herstellung des Rückseitenkontaktes vorzubereiten .

Weiterhin kann sich beim Eindi f fundieren von Bor in den

Wafer zusammen mit dem Material des Wafers in einigen

Aus führungs formen der Erfindung ein Borosilikatglas an der Oberfläche bilden . Dieses kann an der Rückseite zusammen mit dem unerwünschten pn-Übergang durch nass- oder trockenchemisches Ätzen entfernt werden . In einigen Aus führungsformen der Erfindung kann das Borosilikatglas an der Vorderseite des Wafers verbleiben, um auf diese Weise eine zusätzliche Ätzstoppschicht zu bilden . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann das Borosilikatglas nach dem Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht nasschemisch auch an der Vorderseite des Wafers entfernt werden . In wiederum anderen Aus führungs formen der Erfindung kann das Borosilikatglas bereits vor dem Abscheiden der polykristallinen oder amorphen Schicht nasschemisch auch an der Vorderseite des Wafers entfernt werden .

Erfindungsgemäß werden somit zwei verschiedene Ansätze zum Schutz des Bor-Emitters an der Vorderseite der Solarzelle während des Ätzens der polykristallinen oder amorphen Schicht vorgeschlagen . Die eine Alternative besteht darin, ein dünnes Tunneloxid zwischen der polykristallinen oder amorphen Schicht und dem Emitter als Sperrschicht zu verwenden . Bei dieser Methode kann das das Borosilikatglas nach dem Emitterbildungsprozess von der Vorder- und der Rückseite geätzt werden, da dieses nicht als Barriereschicht verwendet wird . Die andere Alternative besteht darin, das Borosilikatglas auf der Vorderseite als Sperrschicht gegen den Angri f f des als Ätzmittel verwendeten F ₂ zu verwenden . In diesem Fall wird das Borosilikatglas auf der Vorderseite belassen, aber auf der Rückseite geätzt . Nach der Abscheidung der polykristallinen oder amorphen Schicht liegt ein Stapel aus dem Borosilikatglas und der polykristallinen oder amorphen Schicht auf dem Emitter auf der Vorderseite . Beim Ätzen der polykristallinen oder amorphen Schicht wirkt dieses Borosilikatglas nun als Sperrschicht und schützt den Emitter vor dem als Ätzmittel verwendeten F ₂ . Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden . Dabei zeigt

Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle .

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Aus führungs form .

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Aus führungs form .

Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer dritten Aus führungs form .

Figur 5 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Vorderseite eines Wafers vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Gasphasenätzens .

Figur 6 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Vorderseite eines Wafers nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gasphasenätzen .

Anhand der Figur 1 wird eine erfindungsgemäße Solarzelle näher erläutert . Die Solarzelle 1 besteht aus einem Wafer 2 mit einer Vorderseite 21 und einer Rückseite 22 . Der Wafer 2 kann beispielsweise Sili zium enthalten oder daraus bestehen . Der Wafer 2 kann zusätzlich mit einem Dotierstof f versehen sein, beispielsweise Phosphor, Arsen, Antimon oder Bismut . Hierdurch kann der Wafer 2 eine n-Leit f ähigkeit aufweisen . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann der Wafer eine p-leitf ähigkeit aufweisen .

Die Vorderseite 21 des Wafers 2 wird bei bestimmungsgemäßen Betrieb der Solarzelle als Lichteintritts fläche verwendet .

Zur Verringerung von Ref lektionsverlusten weist die Vorder- seite 21 daher eine Oberflächenstrukturierung 25 auf . In einigen Aus führungsbeispielen kann die Vorderseite 21 eine [ 100 ] -Orientierung aufweisen, welche durch nass- oder trockenchemisches Ätzen mit einer Oberflächenstrukturierung 25 versehen wurde , welche eine Mehrzahl von Pyramiden umfasst , deren Seitenflächen j eweils eine [ 111 ] -Orientierung aufweisen .

Angrenzend an die Vorderseite 21 befindet sich ein Emitter 6 , welcher im wesentlichen durch einen pn-Übergang gebildet wird . Der pn-Übergang kann durch Eindi f fundieren eines Dotierstof fes , beispielsweise Bor, erzeugt werden . Hierzu kann der Wafer 2 in eine borhaltige Atmosphäre eingebracht und auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden, sodass Bor zumindest über die Vorderseite 21 in den Wafer 2 eindi f fundiert .

Weiterhin weist die Solarzelle Vorderseitenkontakte 7 auf , welche in an sich bekannter Weise , beispielsweise durch Siebdruck, hergestellt werden können .

Zum Erzeugen einer elektrischen Nutzspannung steht ein Rückseitenkontakt zur Verfügung, welcher auf der Rückseite 22 des Wafers 2 angeordnet ist und einen dreischichtigen Aufbau aufweist . Der Rückseitenkontakt besteht zunächst aus einer Tunnelbarriere 3 , welche ein Oxid mit einer größeren Bandlücke als Silicium enthält oder daraus besteht . In einigen Aus führungs formen der Erfindung kann die Tunnelbarriere 3 SiO _x mit 1 < x < 2 enthalten oder daraus bestehen . Diese ist unmittelbar auf der Rückseite 22 des Wafers 2 angeordnet . Auf der Tunnelbarriere 3 befindet sich eine polykristalline oder amorphe Schicht 4 , welche beispielsweise Sili zium und einen Dotierstof f enthält oder daraus besteht . Auf der polykristallinen oder amorphen Schicht 4 ist direkt oder mittels zumindest einer Zwischenschicht eine Metallschicht 9 aufgebracht , beispielsweise durch PVD- oder CVD-Verf ahren oder durch Siebdruck . In einigen Aus führungs formen kann die Zwischenschicht durch CVD oder PVD abgeschieden werden und die Metallisierung durch Siebdruck erfolgen . Die Metallisierung kann in einigen Aus führungs formen der Erfindung voll flächig aufgebracht werden . In anderen Aus führungs formen der Erfindung kann die Metallisierung in Teil flächen aufgebracht werden, z . B . in Punkt- oder Linienform .

Die Herstellung der Tunnelbarriere 3 kann beispielsweise durch thermische Oxidation oder durch nass- oder trockenchemische Oxidation des Wafers 2 erfolgen . Hierdurch bildet sich die Tunnelbarriere 3 nicht nur auf der Rückseite 22 , sondern auch auf der Vorderseite 21 und kann dort als Ätzstoppschicht 35 Verwendung finden .

Das Abscheiden der polykristallinen oder amorphen Schicht 4 erfolgt beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung ( CVD) oder physikalische Gasphasenabscheidung ( PVD) . Dies führt dazu, dass die polykristalline oder amorphe Schicht 4 in unerwünschter Weise auch auf der Vorderseite 21 abgeschieden wird . Diese kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Gasphasenätzen rasch und vor allem selektiv von der Vorderseite 21 entfernt werden, wobei die polykristalline oder amorphe Schicht 4 auf der Rückseite 22 verbleibt .

Anhand der Figur 2 wird eine erste Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert . Im ersten Verfahrensschritt 51 wird ein monokristalliner Sili ziumwafer bereitgestellt , welcher einen Dotierstof f enthält , wodurch sich eine n-Leit f ähigkeit des Wafers ergibt . Der Wafer kann durch Sägen aus einem Ingot hergestellt sein . Der Wafer kann einen polygonalen oder runden Querschnitt aufweisen . Ein polygonaler Querschnitt kann insbesondere viereckig oder achteckig sein . Der Wafer kann einen Durchmesser zwischen etwa 100 mm und etwa 200 mm oder zwischen etwa 150 mm und etwa 300 mm oder zwischen etwa 200 mm und etwa 310 mm aufweisen . Darüber hinaus kann der Wafer eine Dicke von etwa 50 pm bis etwa 150 pm oder von etwa 50 pm bis etwa 200 pm aufweisen .

Im nächsten Verfahrensschritt 53 werden die durch die mechanische Bearbeitung des Wafers 2 entstehenden Oberflächendefekte entfernt . Hierzu kann eine defektreiche Oberflächenschicht des Wafers durch nass- oder trockenchemisches Ätzen entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung einer alkalischen Lösung . In einigen Aus führungsformen kann das Ätzen in einer Lösung aus HF und HNO3 erfolgen . Die defektreiche Oberflächenschicht kann eine Diche von etwa 1 pm bis etwa 10 pm aufweisen .

Sodann wird der Wafer im Verfahrensschritt 56 in einer oxidierenden Atmosphäre auf eine erhöhte Temperatur erhitzt , sodass sowohl die Vorder- als auch die Rückseite mit einer Oxidschicht versehen werden . Das im Verfahrensschritt 56 entstehende Oxid kann eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 5 nm oder von etwa 1 , 5 nm bis etwa 3 nm aufweisen . Dieses Oxid bildet auf der Rückseite die Tunnelbarriere des Rückseitenkontaktes .

Im Verfahrensschritt 57 wird der so vorbereitete Wafer mittels LPCVD mit einer polykristallinen oder amorphen Schicht versehen, welche Sili zium und einen Dotierstof f enthält . Der Dotierstof f kann so gewählt sein, dass die polykristalline oder amorphe Schicht denselben Leit f ähigkeitstyp aufweist wie der Wafer . Im hier dargestellten Aus führungsbeispiel kann die polykristalline oder amorphe Schicht beispielsweise mit Phosphor dotiert werden, um eine n-Leit f ähigkeit zu bewirken . Die polykristalline oder amorphe Schicht kann eine Dicke von etwa 30 nm bis etwa 300 nm oder von etwa 40 nm bis etwa 150 nm aufweisen . Das verwendete CVD-Verf ahren bringt es mit sich, dass sowohl die Vorder- als auch die Rückseite des Wafers mit der polykristallinen oder amorphen Schicht versehen werden .

Im nächsten Verfahrensschritt 581 wird der Wafer bei einer Temperatur von etwa 195 °C für etwa 28 Sekunden in einer Gasphase geätzt, welche etwa 25,7 Vol.-% Fluor und im übrigen Stickstoff enthält. Hierbei wird gasförmiges Fluor über einen Massenflussregler mit einem Fluss von etwa 6 slm zugeführt. Gleichzeitig wird Stickstoff mit einem Fluss von etwa 1 slm zugeführt. Während des Gasphasenätzens liegt der Wafer mit seiner Rückseite auf einem Transportband auf, welches den Wafer innerhalb von 28 Sekunden durch den zum Gasphasenätzen verwendeten Reaktor transportiert.

Im Verfahrensschritt 581 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel die polykristalline oder amorphe Schicht auf der Vorderseite vollständig entfernt. Darüber hinaus wird auch die Tunnelbarriere auf der Vorderseite des Wafers vollständig entfernt. Der Wafer selbst wird durch das Gasphasenätzen teilweise angegriffen, sodass auf der Vorderseite eine Oberflächenstrukturierung 25 entsteht. Diese kann den Reflexionsgrad des Wafers verringern, sodass ein höherer Anteil auf treff enden Lichtes beim späteren Betrieb der Solarzelle im Volumen des Wafers bzw. am Emitter absorbiert wird .

Nach Abschluss des Gasphasenätzens wird auf der Waferrückseite im Verfahrenschritt 59 eine Wasserstoff reiche dielektrische Schicht, z. B. amorphes Siliziumnitrid (SiNx) , auf die dotierte Siliziumschicht abgeschieden. Die SiNx- Schicht erhöht zum einen die Passivierungsqualität der Rückseite durch Diffusion von Wasserstoff spezies zur rückseitigen Siliziumoberfläche während der Silizium-Metal Kontaktbildung. Andererseits wirkt sie als Sperrschicht gegen die Boratome während des nachfolgenden Schritts der Bor-Diffusion 54. Danach wird der Waferwird der Wafer im Verfahrensschritt 54 bei erhöhter Temperatur einer borhaltigen Gasatmosphäre ausgesetzt . Hierdurch di f fundiert Bor über die Vorderseite 21 in den Wafer 2 ein, wobei die SiNx-Schicht auf der Rückseite als Barriere gegen die Di f fusion von Boratomen wirkt . Somit kommt es angrenzend an die Vorderseite zur Ausbildung eines pn-Übergangs . Der an die Vorderseite angrenzende pn-Übergang wird als Emitter 6 verwendet , d . h . eintref fende elektromagnetische Strahlung wird unter Ausbildung von Elektron-Loch-Paaren absorbiert , welche über die Front- und Rückseitenkontakte der Solarzelle als elektrische Energie abgegri f fen werden können . Während des Bor-Di f fusionsprozesses wird auch die polykristalline oder amorphe Sili ziumschicht auf der Rückseite des Wafers als optimale Passivierungsschicht rekristallisiert . Die Kristallisation dieser Schicht erfolgt aufgrund des im Di f fusionsprozess verwendeten Hochtemperaturbudgets . Die an den Oberflächen des Wafers ausgebildete , unerwünschte Schicht aus Borosilikatglas wird im nächsten Verfahrensschritt 552 durch nass- oder trockenchemisches Ätzen entfernt .

Schließlich wird im Verfahrensschritt 591 auf der Vorderseite zumindest eine optionale Passivierungs- und/oder Vergütungsschicht aufgebracht . Diese kann beispielsweise Saphir, Sili ziumnitrit und/oder Magnesiumfluorid enthalten oder daraus bestehen . Diese Schichten verbessern die Langzeitstabilität der Solarzelle , indem der Zutritt von Luftsauerstof f verhindert wird . Darüber hinaus können diese Schichten als optische Vergütungsschichten wirken, welche das Absorptionsverhalten verbessern und den Reflexionsgrad vermindern .

Sodann wird im letzten Verfahrensschritt 593 durch Siebdruck ein metallischer Rückseitenkontakt und metallische Vorderseitenkontakte aufgebracht . Anhand der Figur 3 wird eine zweite Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert . Gleiche Bezugs zeichen bezeichnen dabei gleiche Verfahrensschritte , sodass die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt werden kann .

Zunächst wird im ersten Verfahrensschritt 51 ein Wafer 2 bereitgestellt , wie vorstehend beschrieben .

Im zweiten Verfahrensschritt 52 wird durch nasschemisches Ätzen die Vorderseite 21 mit einer Oberflächenstrukturierung 25 versehen . Dazu kann die Vorderseite 21 des Wafers 2 eine [ 100 ] -Orientierung aufweisen, in welche durch Ätzen Pyramiden eingebracht werden, deren Seitenflächen eine

[ 111 ] -Orientierung aufweisen . Die solchermaßen strukturierte Vorderseite 21 kann einen geringeren Reflexionsgrad aufweisen, da an der Grenz fläche zwischen Luft und Sili zium reflektiertes Licht nicht in die Umgebung reflektiert wird, sondern zumindest teilweise nochmals auf die Sili ziumoberfläche tri f ft .

Nachfolgend wird im Verfahrensschritt 54 Bor eindi f fundiert , sodass es sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite zur Ausbildung eines pn-Uberganges kommt , wie vorstehend beschrieben .

Im Verfahrensschritt 553 wird der pn-Ubergang an der Rückseite wieder entfernt . Darüber hinaus wird das aus Sili zium und Bor an der Oberfläche des Wafers entstehende Borosilikatglas sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite vollständig entfernt . Auch dies erfolgt bevorzugt durch nass- oder trockenchemisches Ätzen . Insbesondere das Entfernen des pn-Ubergangs an der Rückseite kann j edoch auch durch Lasermaterialbearbeitung, Mikroschlei fen oder ähnliche , an sich bekannte Verfahren erfolgen . Daran anschließend erfolgt im Verfahrensschritt 56 die Ausbildung der Tunnelbarriere durch thermische Oxidation des Wafers . Daran anschließend wird die polykristalline oder amorphe Schicht auf der Tunnelbarriere abgeschieden, wie vorstehend beschrieben . Aufgrund des Herstellungsverfahrens kann zumindest eine teilweise Beschichtung der Vorderseite mit der Tunnelbarriere und der polykristallinen oder amorphen Schicht nicht ausgeschlossen werden .

Im nachfolgenden Ätzschritt 58 wird der Wafer auf einem Transportband positioniert , wobei die Rückseite auf dem Transportband auf liegt . Sodann wird der Wafer auf 195 ° C erwärmt und innerhalb von 21 Sekunden durch den Reaktor transportiert , welcher eine Gasphase enthält , welche aus 25 , 7 Vol . -% Fluor und Stickstof f zusammengesetzt ist . Dabei wird Fluor mit einem Fluss von 6 slm und Stickstof f mit einem Fluss von 1 slm zugeführt . Nach Abschluss des Verfahrensschrittes 58 ist die polykristalline oder amorphe Schicht an der Vorderseite entfernt und lediglich die Tunnelbarriere an der Vorderseite des Wafers zumindest teilweise verblieben . Ein Angri f f des Ätzmittels auf die Vorderseite des Wafers wurde durch die als Ätzstoppschicht wirkende Tunnelbarriere an der Vorderseite verhindert . Ein Angri f f des Ätzmittels auf die Rückseite erfolgt überraschenderweise nicht . Die Rückseite wird durch das Aufliegen auf dem Transportband hinreichend vor dem Angri f f des Ätzmittels geschützt .

Nachfolgend wir die Solarzelle in den Verfahrensschritten 592 , 591 und 593 durch Aufbringen der Passivierungsschichten auf der Vorderseite und Ausbilden der metallischen Kontakte 7 und 9 auf Vorder- und Rückseite fertiggestellt , wie vorstehend anhand des ersten Aus führungsbeispiels beschrieben . Eine dielektrische Schicht , z . B . SiNx, kann auch auf der polykristallinen Schicht auf der Rückseite vor dem Metallisierungsschritt 593 abgeschieden werden . Anhand der Figur 4 wird eine dritte Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben . Auch in diesem Fall sind gleiche Verfahrensschritte mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränken kann .

Im ersten Verfahrensschritt wird wiederum ein Wafer 2 bereitgestellt , wie vorstehend beschrieben . Dieser wird im Verfahrensschritt 52 mit einer Oberflächenstrukturierung 25 versehen, wie anhand der Figur 3 bereits erläutert wurde .

Im Verfahrensschritt 54 wird Bor in den Wafer eindi f fundiert , wie anhand der Figur 3 im zweiten Aus führungsbeispiel beschrieben .

Im Verfahrensschritt 551 wird der sich auf der Rückseite ausbildende pn-Ubergang entfernt , wie bereits anhand des zweiten Aus führungsbeispiels und Figur 3 erläutert . Im Unterschied zum vorhergehend beschriebenen Aus führungsbeispiel wird das sich bildende Borosilikatglas nur auf der Rückseite zusammen mit dem pn-Ubergang entfernt . Auf der Vorderseite verbleibt dieses auf dem Wafer . Das Borosilikatglas wird später als zusätzliche Ätzstoppschicht Verwendung finden, um einen Angri f f des Ätzmittels auf die Vorderseite 21 des Wafers 2 beim Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht zu verhindern .

Im Anschluss daran erfolgt im Verfahrensschritt 56 die Bildung der Tunnelbarriere 3 durch thermisches Erzeugen einer SiO2-Schicht zumindest auf der Rückseite 22 , wie vorstehend beschrieben . Auf die Tunnelbarriere 3 wird wiederum mittels eines LPCVD-Verf ährens die polykristalline oder amorphe Schicht 4 im Verfahrensschritt 57 abgeschieden .

Im Verfahrensschritt 58 erfolgt das Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht 4 auf der Vorderseite durch Gasphasenätzen mit Fluor wie vorstehend beschrieben . Im Unterschied zu der anhand von Figur 3 beschriebenen zweiten Aus führungs form des Verfahrens steht nunmehr das Borosilikatglas an der Vorderseite als Ätzstoppschicht zur Verfügung . Dadurch wird ein Angri f f des Ätzmittels auf das Material des Wafers und damit eine Zerstörung der Vorderseite und des Emitters mit noch größerer Zuverlässigkeit verhindert . Hierdurch können die Parameter des Ätzverfahrens , insbesondere die Fluorkonzentration, die Temperatur und die Zeit mit größeren Toleranzen eingestellt werden oder das Ätzverfahren kann mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden, und so die Ausbeute an funktions fähigen Solarzellen erhöhen .

Nach dem Entfernen der polykristallinen oder amorphen Schicht wird im Verfahrensschritt 554 das auf der Vorderseite verbliebenen Borosilikatglas entfernt . Auch dies kann nass- oder trockenchemisch durch selektives Ätzen erfolgen, sodass der Ätzprozess automatisch bei Erreichen der Sili ziumoberfläche stoppt .

Wie bereits anhand der vorhergehenden Aus führungsbeispiele beschrieben, wird die Solarzelle sodann in den Verfahrensschritten 591 , 592 und 593 durch Herstellen der Passivierungs- und Vergütungsschichten und Aufbringen der metallischen Kontakte 7 und 9 fertiggestellt . In anderen Aus führungs formend er Erfindung kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte auch verändert werden . So kann das Tempern vor dem Ätzen erfolgen . Im Falle der Abscheidung intrinsischer Schichten kann eine Dotierung, beispielsweise mit POCI3, vor dem einseitigen Entfernen dieser Schicht erfolgen .

Anhand der Figuren 5 und 6 wird nochmals die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert . Dargestellt sind j eweils Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Vorderseite des Wafers 2 mit der darauf erzeugten Oberflächenstrukturierung 25 . Erkennbar ist , dass die Oberflächenstrukturierung 25 aus einer Mehrzahl von Pyramiden besteht , welche j eweils eine [ 111 ] -Orientierung aufweisen . Figur 5 zeigt die Oberfläche nach Abschluss des Verfahrensschrittes 57 gemäß Figur 4 und vor Durchführung des Verfahrensschrittes 58 . Figur 6 zeigt die Oberfläche nach Durchführung des Verfahrensschrittes 58 und vor Durchführung des Verfahrensschrittes 554 .

Wie Figur 5 zeigt , befindet sich auf dem Sili zium des Wafers 2 die als Ätzstoppschicht 35 wirkende Schicht aus Borosilikatglas , welche bei der Bordotierung des Wafers 2 zwangsläufig entsteht . Bei Durchführung des Verfahrens nach der in Figur 3 gezeigten zweiten Variante würde es sich bei der Ätzstoppschicht 35 um die aus SiO2 gebildete Tunnelbarriere handeln .

Auf der Ätzstoppschicht 35 befindet sich die polykristalline oder amorphe Schicht 4 , welche Sili zium und zumindest einen Dotierstof f enthält .

Figur 6 zeigt die Oberfläche nach der Durchführung des Verfahrensschrittes 58 . Erkennbar ist , dass die polykristalline oder amorphe Schicht 4 durch den Angri f f des als Ätzmittel verwendeten Fluorgases ( F ₂ ) in nur 21 Sekunden entfernt wurde . Auf der Oberfläche des Wafers 2 verbleibt lediglich die aus Borosilikatglas bestehende Ätzstoppschicht 35 , welche im nachfolgenden Verfahrensschritt entfernt wird .

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Aus führungs formen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Aus führungs form der Erfindung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Aus führungs formen definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Ausführungs formen, ohne eine Rangfolge festzulegen .