Die Erfindung betrifft eine Solarzelle, insbesondere eine Solarzelle mit verbessertem Rückkontakt zur Erzielung eines höheren Wirkungsgrades.

In der Solarzellentechnik gehen die Bestrebungen ständig dorthin, mit möglichst niedrigen Kosten besonders hohe Wirkungsgrade zu erzielen.

In Abhängigkeit von dem verwendeten Substratmaterial können hierbei im Labor zwar teilweise Wirkungsgrade von mehr als 20 % erzielt werden, jedoch liegen die typischen Wirkungsgrade von handelsüblichen Solarmodulen deutlich unter 20 %.

Für höchste Wirkungsgrade wird als Basismaterial monokristallines Silizium verwendet, das zur Reduzierung der Kosten mit möglichst geringer Stärke verwendet werden soll. Ein Problem stellt in diesem Zusammenhang immer die Aufbringung der Rückkontakte dar.

Werden die Rückkontakte beispielsweise als durchgehende Metallschicht ausgebildet, so führen Rekombinationsverluste an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche zu einem Abfall des Wirkungsgrades . Aus diesem Grunde werden die Rückkontakte normalerweise als Punkt- bzw. Linienkontakte ausgebildet, die bevorzugt im Siebdruckverfahren aufgebracht werden.

Ganzflächige Rückkontakte erzeugen beim Abkühlen auf dünnen Siliziumscheiben außerdem starke mechanische Spannungen, die wiederum zum Bruch und zu erschwerter Prozessierbarkeit führen.

Siebdruckverfahren sind außerdem relativ aufwändig und benötigen Temperaturen von mindestens etwa 400 ⁰ C. Durch derartig hohe Temperaturen besteht bei Verwendung von dünnen Wafern allerdings das Problem, dass diese im Prozess leicht brechen und die Produktionsausbeute somit wesentlich verringert wird. Die speziellen Siebdruckpasten sind ein wesentlicher Kostenfaktor in der Solarzellenherstellung und überdies in ihrer Zusammensetzung und der Reproduzierbarkeit der Kontaktbildung aufwändig zu kontrollieren.

Aus der JP 10135497 A (Patent Abstracts of Japan) ist eine Solarzelle bekannt, bei der das Basismaterial ein p-dotiertes und an der Rückseite mit einer Passivierungsschicht aus hochdotiertem Material p+ versehen ist. Darauf ist eine Schicht aus

transparentem, elektrisch leitfähigem Material, wie etwa ITO (Indium-Zinn-Oxid) aufgebracht, auf der die Elektroden als punkt- bzw. linienförmige Elektrode appliziert sind. Die transparente, elektrisch leitfähige Schicht kann durch ein Sputter- verfahren hergestellt werden, wodurch eine Höchsttemperatur von 200 ⁰ C nicht überschritten wird.

Bei einer ähnlich aufgebauten Zelle, bei der das Substrat aus p- oder n-dotiertem Material bestehen kann, ist die elektrisch leitfähige lichtdurchlässige Schicht aus ITO oder dergleichen auf beiden Seiten des Substrates aufgebracht, um Biegespannungen zu vermeiden, die zur Wölbung der Zelle führen können (vgl. Patent Abstract of Japan, JP-A-20031977943 ).

Nach wie vor besteht jedoch auch bei diesen Solarzellen das Problem, dass zwar bei Verwendung eines n-dotierten Substrates eine gute Kontaktierung mit einem Elektronenleiter, beispielsweise ITO, möglich ist, dass jedoch bei der Verwendung von p- dotiertem Basismaterial die Kontaktierung Probleme bereitet.

Andererseits wird in der Solarzellentechnik allgemein p- dotiertes Material verwendet und ist in großen Mengen relativ kostengünstig erhältlich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Solarzelle anzugeben, bei der eine gute Rückkontaktierung auch bei der Verwendung von p-dotiertem Material gewährleistet ist. Hierbei soll die Solarzelle möglichst kostengünstig herstellbar sein und einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch eine Solarzelle gelöst, mit einer Basisschicht mit einer ersten Dotierung, die mit einer Frontschicht mit einer zweiten Dotierung umgekehrter Polarität (E- mitter) eine Grenzschicht bildet, mit mindestens einem Front- kontakt und mindestens einem Rückkontakt, wobei zwischen der Basisschicht und dem Rückkontakt mindestens eine Passivierungs- schicht und eine Tunnelkontaktschicht angeordnet sind.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Verwendung einer Tunnelkontaktschicht ermöglicht es nämlich, auch bei der Verwendung von p-dotiertem Material als Basismaterial eine besonders hochwertige Kontaktierung mit einem Elektronenleiter, etwa mit einem Metall oder mit einem lichtdurchlässigen Leiter, wie etwa Zinkoxid oder ITO, zu erreichen.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung besteht die Passi- vierungsschicht aus dotiertem Material gleicher Polarität wie die Basisschicht.

Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist es ferner möglich, den Rückkontakt als metallischen Flächenkontakt auszubilden, ohne dass der Wirkungsgrad hierdurch verschlechtert wird.

Zu diesem Zweck ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zwischen der Tunnelkontaktschicht und dem Rückkontakt eine transparente elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen, die vorzugsweise aus Zinkoxid, aus Indiumzinnoxid oder aus einem leitfähigen Polymer besteht. Diese Schicht dient auch zur Ver-

besserung der Reflektion an der Rückseite, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Zinkoxid-Schicht, ^■ da dies deutlich kostengünstiger als die Verwendung von ITO ist.

Der Rückkontakt und ggf. der Frontkontakt können metallisch ausgebildet sein und etwa aus Aluminium oder bei besonders hochwertigen Anwendungen aus Gold,- Silber oder einem anderen Metall bestehen.

Die Passivierungsschicht besteht vorzugsweise aus amorphem Silizium (a-Si) .

Die Tunnelkontaktschicht ist vorzugsweise aus mikrokristallinem Silizium (μc-Si) hergestellt. Sie kann etwa aus einer ersten hochdotierten Schicht gleicher Polarität wie die Basisschicht gefolgt von einer zweiten hochdotierten Schicht umgekehrter Polarität bestehen.

In dem Fall, dass die Basisschicht p-dotiert ist, ist dann die Frontschicht n-dotiert, die Passivierungsschicht ist bevorzugt eine p-dotierte Schicht, gefolgt von der Tunnelkontaktschicht in Form von einer hochdotierten p+-Schicht, an die sich eine hochdotierte n+-Schicht anschließt. Die n+-Schicht kann dann in einfacher und zuverlässiger Weise mit einem elektronisch leitenden Material, wie etwa ZnO, kontaktiert werden.

Hochdotiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Schicht eine höhere Dotierung als das Basismaterial aufweist, dass also

die Anzahl der Dotieratome pro Volumeneinheit beispielsweise mindestens eine Größenordnung größer ist.

Gemäß einer alternativen Ausführung ist es möglich, die Tunnelkontaktschicht unter Verzicht auf eine n+-Schicht nur mit einer ersten p-Schicht, gefolgt von einer zweiten pH—Schicht, die vorzugsweise beide aus μc-Si bestehen, herzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Passivierungsschicht und der Basissσhicht eine dünne undotierte (intrinsische) Schicht aus a-Si angeordnet.

Diese intrinsische Schicht dient als Puffer zwischen dem Wafer und der Passivierungsschicht. In Kombination damit ergibt sich eine besonders gute Passivierung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält zumindest die Passivierungsschicht, die Tunnelkontaktschicht oder die intrinsische Schicht Wasserstoff.

Hierbei kann es sich um etwa 1 bis 20 At. -% Wasserstoff handeln, der vorzugsweise sowohl in der intrinsischen Schicht, als auch in der Passivierungsschicht und der Tunnelkontaktschicht enthalten ist.

Wasserstoff spielt bei der Passivierung der "Dangling Bonds" eine wesentliche Rolle. Insgesamt wird so bei geeigneter Wasserstoffkonzentration der Wirkungsgrad weiter verbessert.

Das Basismaterial der Solarzelle besteht vorzugsweise aus monokristallinem Silizium, sofern ein besonders hoher Wirkungsgrad erwünscht ist.

Für preiswertere Solarzellen kann das Basismaterial auch aus multikristallinem Silizium (mc-Si) bestehen.

Der lichtseitige Aufbau der Solarzelle kann in beliebiger Weise wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt gestaltet werden.

Hierzu können beispielsweise metallische Frontkontakte verwendet werden, während die lichtseitige Oberfläche der Solarzelle mit einer reflexionsmindernden Passivierungsschicht etwa aus SiO ₂ hergestellt ist. Es versteht sich, dass die Passivierungsschicht im Bereich der Frontkontakte unterbrochen ist.

Insbesondere kann der lichtseitige Aufbau der Solarzelle wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt als HeteroÜbergang, beispielsweise mit a-Si-Emitter, bei niedriger Prozesstemperatur von höchstens etwa 250 ⁰ C, vorzugsweise von höchstens 200 ⁰ C ausgeführt werden.

Die Schichten der Solarzelle sind vorzugsweise im Dünnschichtverfahren aufgetragen, insbesondere durch Plasma-CVD, durch Sputtern oder durch katalytisches CVD (Hot Wire CVD) .

Hierdurch kann die Prozesstemperatur bei der gesamten Herstellung der Solarzelle auf Temperaturen von höchstens etwa 250 ⁰ C, vorzugsweise von höchstens 200 ⁰ C begrenzt werden.

Auf diese Weise lassen sich Verbiegungen, Wölbungen und Bruch der Solarzelle auch bei der Verwendung von dünnem Substratmaterial vermeiden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

die einzige Figur 1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Solarzelle in vereinfachter Darstellung.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Solarzelle schematisch im Querschnitt dargestellt und insgesamt mit Ziffer 10 bezeichnet. Die Solarzelle 10 weist eine p-dotierte Basisschicht 12 aus monokristallinem Silizium auf.

Auf der der Strahlungsseite zugewandten Vorderseite ist eine n- dotierte Siliziumschicht 14 aufgebracht, die eine Grenzschicht (pn-Übergang) mit der Basisschicht 12 bildet. Die n-dotierte Siliziumschicht 14 ist vorzugsweise so strukturiert, dass die Reflexionen vermindert werden. Eine Kontaktierung an der Vorderseite mit Frontkontakten 18 kann etwa mittels Aluminiumkon-

takten erfolgen, die vorzugsweise jeweils über einen Bereich 20 mit einer hochdotierten n+-Schicht kontaktiert sind. Im Übrigen ist die Frontschicht 14 durch eine Passivierungsschicht 16 passiviert, die etwa aus SiO ₂ bestehen kann.

Die Basisschicht 12 ist auf der Rückseite von einer dünnen intrinsischen Schicht 22 aus amorphem Silizium gefolgt.

Die intrinsische Schicht 22 ist von einer Passivierungsschicht 24 gefolgt, die vorzugsweise als p-dotierte a-Si-Schicht ausgebildet ist.

An diese Schicht 24 schließt sich eine weitere Schicht 26 aus mikrokristallinem Silizium μc-Si an, die hochdotiert ist (p+) ■

An diese μc-Si Schicht 26 schließt sich eine weitere Schicht 28 aus mikrokristallinem Silizium μc-Si an, die gleichfalls hochdotiert ist, jedoch mit umgekehrter Polarität (n+) .

Die beiden Schichten 26, 28 aus μc-Si mit p+-Dotierung, gefolgt von n+-Dotierung bilden gemeinsam eine Tunnelkontaktschicht.

An die n+-dotierte μc-Si-Schicht 28 schließt sich eine Zinkoxidschicht 30 an, auf der die Rückkontaktschicht 32 als durchgehende metallische Schicht aufgebracht ist, die beispielsweise aus Aluminium bestehen kann.

Die Schichten 22 bis 28 enthalten vorzugsweise Wasserstoff mit einem Anteil zwischen 1 und 20 At.-%.

Durch diesen Schichtenaufbau ist eine sehr gute Kontaktierung der Basisschicht 12 mit einem Elektronenleiter gewährleistet, obwohl es sich bei der Basisschicht 12 um eine schwach p- dotierte Schicht handelt. Dies wird insbesondere durch die Tunnelkontaktschicht 26, 28 erreicht, die aus der mikrokristallinen p+-Schicht gefolgt von der mikrokristallinen n+-Schicht gebildet ist. Alternativ kann die Tunnelkontaktschicht 26, 28 bei gleichermaßen guten Ergebnissen aus einer ersten p- dotierten a-Si oder μc-Si Schicht gefolgt von einer pH- dotierten mikrokristallinen μc-Si Schicht bestehen.

Die Schichtdicke der nur optional verwendeten intrinsischen a- Si-Schicht 22 liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und 20 nm, vorzugsweise bei etwa 10 nm. Die Schichtdicke der Passivie- rungsschicht 24 liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und 60 nm, vorzugsweise bei etwa 40 nm. Die Schichtdicke der mikrokristallinen Schicht 26 liegt vorzugsweise zwischen etwa 5 und 25 nm, insbesondere bei etwa 10 nm. Die Schichtdicke der mikrokristallinen Schicht 28 liegt vorzugsweise zwischen etwa 1 und 15 nm, insbesondere bei etwa 5 nm.

Die Schiσhtdicke der transparenten elektrisch leitfähigen Schicht aus ZnO, ITO oder dergleichen liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und 150 nm, insbesondere zwischen etwa 40 und 120 nm, beispielsweise bei etwa 80 nm.

Die etwa aus Aluminium bestehende Rückkontaktschicht 32 kann eine Stärke zwischen etwa 0,5 und 5 μm aufweisen, beispielsweise 1 μm.

Die elektrisch leitfähige Schicht 30 aus (im interessierenden Wellenlängenbereich) transparentem Material, etwa aus ZnO, verbessert die Reflexion der Rückkontaktschicht 32 und somit den Wirkungsgrad. Grundsätzlich könnte statt ZnO auch ein anderes Schichtmaterial, wie etwa ITO, verwendet werden, jedoch ist ZnO deutlich kostengünstiger in der Massenproduktion.

Die Applizierung der Schichten auf die Basisschicht erfolgt durch ein geeignetes Dünnschichtverfahren, wie etwa Plasma Enhanced CVD (PECVD), Sputtern, Hot-Wire-CVD etc. Die bevorzugte Wasserstoffdiffusion innerhalb der Schichten 22 bis 28 erfolgt durch eine abschließende Temperaturerhöhung bis auf etwa 200 ⁰ C.

Bei der Herstellung von Labormustern einer erfindungsgemäßen Solarzelle wurde einerseits mit PECVD, andererseits mit Hot- Wire CVD gearbeitet. Die intrinsische a-Si-Schicht wurde im PECVD mit Silan (SiH ₄ ) und Wasserstoff bei einer Plasmafrequenz von 13,56 MHz und einem Druck von 200 mTorr und einer Leistung von 4 Watt abgeschieden. Die dotierte a-Si-Schicht wurde mit Silan, Wasserstoff und Diboran (B ₂ H ₆ ), alternativ mit Phosphin (PH ₄ ) bei 80 MHz Plasmafrequenz und einem Druck von 400 mTorr und einer Leistung von 20 Watt hergestellt.

Im Falle von Hot-Wire-Abscheidungen wird eine Drahttemperatur von ca. 1700 ⁰ C und ein Druck von 100 mTorr verwendet. Alle Abscheidungen erfolgen in Hoch- oder Ultrahochvakuumanlagen.

Im Labormaßstab ließen sich mit einer erfindungsgemäßen Solarzelle sowohl mit der Tunnelkontaktschicht bestehend aus μc-Si p+ gefolgt von μc-Si n+ als auch bei Verwendung der alternati-

ven Tunnelkontaktierung mit μc-Si p gefolgt von μc-Si p+ Wirkungsgrade von mindestens 20% erzielen. Hierzu wurde als Rückkontaktschicht lediglich AI-dotiertes ZnO verwendet. Eine Kon- taktierung mit dem wesentlich teureren ITO war hierzu nicht notwendig.

Für eine industrielle Herstellung könnte eine Durchlaufanlage verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Rückkontaktierung ist für alle Silizium- Solarzellen geeignet, unabhängig von der Art der Kontaktierung, die an der Vorderseite verwendet wird.