DE19522539C2 - Solarzelle mit einem, eine Oberflächentextur aufweisenden Emitter sowie Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Solarzelle mit einer Emitterschicht, die auf einem Basismaterial aufgebracht ist und über eine Oberflächentextur ver­ fügt, die sich durch sich kreuzende, nach oben spitz zu­ laufende Rippenzüge auszeichnet, sowie auf ein Ver­ fahren zur Herstellung einer solchen.

Solarzellen sind Bauelemente, die Sonnenlicht oder anderes Licht in elektrische Energie umwandeln. Im allgemeinen besteht eine Solarzelle aus einem Halbleitermaterial, das einen pn-Übergang aufweist. Einfallendes Licht erzeugt im Halbleiter positive und negative Ladungsträger, die durch den pn-Übergang getrennt werden. Über metallische Kontakte auf der n- und der p-Seite wird die so erzeugte elektrische Lei­ stung abgenommen.

Aus der Vielzahl bekannter Ausführungsformen von Solarzellen beschränkt sich der Gegenstand dieser Erfindung auf Solarzellen mit einem hohem Wirkungsgrad von < 20%. Diese, auch als "high-efficiency"-Solarzellen bezeichneten elektrischen Bauelemente werden vorzugs­ weise aus Silizium gefertigt. "High-efficiency"-Solarzellen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß bei der Umwandlung von Licht in Elektrizität minimale Verluste auftreten. Dies wird durch Anwendung verschiedener Maßnahmen ermöglicht, die beispielsweise von M.A. Green, "High-efficiency silicon solar cells", TransTech Publications, Aedermannsdorf, Schweiz (1987), ausführlich beschrieben sind.

Die Solarzelle mit dem bisher höchsten erzielbaren Wirkungsgrad ist die sogenannte PERL-Solarzelle (PERL = "passivated emitter and rear, locally diffused"), die bspw. in Appl. Phys. Lett. 57 (6), 6.8.1990, S. 602-604 beschrieben ist. Der Aufbau, der an sich bekannten "Hochleistungs-Solarzelle" ist aus Fig. 1 zu ent­ nehmen. Die PERL-Zelle weist eine texturierte Oberfläche S auf, die mit einer Siliziumoxid-Schicht SiO₂ aus Gründen der elektrischen Passivierung und der Antireflexwirkung vergütet ist. Unter der Siliziumoxid-Schicht befindet sich die Emitterschicht E, die Berei­ che hoher n⁺⁺-Dotierung und normaldotierte n⁺-Dotierbereiche aufweist. Die Emitterschicht ist durch selektive Ätzverfahren derart dreidimensional ausgebildet, daß ihre Oberflächen­ kontur dem Abdruck vieler nebeneinander angeordneter, vierseitiger Pyramiden entspricht. Nur an Stellen, an denen die Emitterschicht mit einem Metallkontakt­ streifen M in Berührung tritt, ist die Emitterschicht tiefer und auch mit höherer Dotierung versehen ausgebildet.

Die typische Gestalt der charakteristischen Ober­ flächentextur der Emitterschicht bewirkt zum einen, daß das durch die Emitterschicht in die Solarzelle einge­ drungene Licht mit geringeren Verlusten in die Zelle eindringen und zum anderen nicht so leicht aus dem Inneren der Solarzelle wieder nach außen treten kann. Neben der Antireflexwirkung der obersten Siliziumoxid­ schicht trägt diese darüberhinaus auch zur elektrischen Passivierung der Oberfläche bei.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt der texturierten Oberfläche der PERL-Zelle ist die zweistufige n-Dotierung des Emitters, der unter den Kontakten der Metallbrücke hochdotiert und damit niederohmig ist und zudem tiefer ausgebildet ist, als in den Bereichen unter den "invertierten Pyramiden", an denen die Emitterschicht schwächer dotiert und flacher verläuft. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß auf der, der Emitterschicht gegenüberliegenden Rückseite der Solarzelle Basiskontaktelektroden BE vorgesehen sind.

Zur Herstellung der PERL-Solarzelle sind zwei Photomas­ kenschritte notwendig: ein Ätzschritt, zur Erzeugung der rippenartigen Oberflächentextur sowie ein lokaler Diffusionsschritt, zur Einbringung der Tiefen n⁺⁺-Diffusionsbereiche an Stellen, über denen die Metall­ kontaktbrücken angebracht werden. In einem dritten Verfahrensschritt wird sodann die Oberflächenkontur der Solarzelle mit einer ganzflächigen n⁺-Diffusionsschicht überzogen.

Trotz des bislang unerreichbar hohen Wirkungsgrades der PERL-Solarzelle ist ihre Herstellung, bedingt durch die zwei vorgenannten Maskenschritte aufwendig und kostspielig. Ferner wird die effektive Solarzellen­ oberfläche, die zur Absorption der Lichtenergie dient, durch die langgestreckten Metallkontaktbrücken einge­ schränkt, wodurch der Wirkungsgrad der Solarzelle trotz aller Bemühungen beschränkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem bekannten Aufbau einer sogenannten PERL-Solarzelle ihre Eigenschaften dahingehend zu verbessern, so daß zum einen ihre Herstellung vereinfacht und zum anderen ihr Wirkungsgrad weiter verbessert wird. Überdies soll der Flächenanteil der Solarzelle, der durch Kontaktelemente verdeckt ist und somit nicht zur Licht­ umwandlung beitragen kann, deutlich minimiert werden.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 15, die erfindungsgemäße Herstellungsverfahren beschreiben, angegeben. Anspruch 16 gibt eine erfindungsgemäße Solarzelle mit einer neuartigen Struktur an. Vorteilhafte weitere Merkmale zu den unabhängigen Ansprüchen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer, eine gitterförmige Oberflächen­ textur aufweisenden n-dotierten Emitterschicht, die auf einem Basismaterial gebildet wird, ist derart durchzuführen, daß in einem ersten Verfahrensschritt in einem zu bearbeitenden Basismaterial ganzflächig eine hochdotierte n⁺⁺-Dotierschicht hergestellt wird. Vor­ zugsweise wird diese n⁺⁺-Dotierschicht durch Diffusion von Dotierstoffen in den oberen Bereich des Basismaterials eingebracht. Ein daran anschließendes, selektives Ätzverfahren texturiert die n⁺⁺-Dotierschicht unter Verwendung einer Ätzmaske an ihrer Oberfläche derart, so daß eine Vielzahl sich gegen­ seitig kreuzender, nach oben spitz zulaufender Rippenzüge gebildet werden, deren obere Abschnitte aus der n⁺⁺-dotierten Dotierschicht und deren jeweils un­ terer Teil aus dem Basismaterial besteht (s. Fig. 2).

Auf diese Weise wird erreicht, daß die oberen Kanten der Rippenzüge aus hochdotiertem Material beste­ hen, so daß in der Zusammenschau von allen sich kreu­ zenden Rippenkanten auf der Oberseite der Emitter­ schicht ein niederohmiges Gitter gebildet wird, das die gesamte Zelloberfläche überzieht.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Gitter-Emitter-Struktur, im folgenden auch mit GE-Struktur abgekürzt, besteht darin, daß durch Auflegen beispiels­ weise eines feinen Kontakt-Drahtgitters auf die GE-Struktur eine elektrische Kontaktierung mit dem Emitter der Solarzelle möglich ist, wobei die durch die filigrane Ausgestaltung des Kontaktgitters hervorge­ rufenen Abschattungseffekte auf ein Minimum reduziert sind. Überdies kann durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren der im herkömmlichen Verfahren erforderliche zweite, kostenaufwendige Photomaskenschritt vermieden werden, wodurch die Herstellkosten erheblich reduziert werden können.

Damit die Flächenanteile, die zwischen den hoch­ dotierten oberen Rippenkanten liegen zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie beitragen können, kann die gesamte Oberflächentextur der erfindungsgemäßen Solarzelle mit n⁺-Dotierstoffen dotiert werden. Auf diese Weise wird ein zweistufig dotierter Emitter erhalten, der Bereiche höchster Dotierung nur unterhalb der Kanten der Rippenzüge auf­ weist, während in die Tiefe der Rippen hinein die Dotierung abnimmt. Diese Art der zweistufigen Dotierung bewirkt einen günstigen Einfluß auf die Rekombination im Emitter.

Durch die Wahl der unterschiedlichen Geometrien der während des Ätzvorganges zu verwendenden Masken kann die geometrische Ausbildung der Rippenzüge beeinflußt werden. Weitere Einzelheiten hierzu sind aus den folgenden Figurenbeschreibungen zu entnehmen.

Ferner ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren eine Solarzelle herzustellen, deren eine Oberfläche sowohl Emitter- als auch Basisanschlüsse aufweist. Erfindungsgemäß sind zur Herstellung einer derartigen Solarzelle nachfolgende Verfahrensschritte durchzuführen:
Zunächst wird die Oberfläche eines Basismaterials ganzflächig mit p⁺-Dotierstoffen dotiert. Vorzugsweise geschieht dies im Rahmen einer Diffusionsdotierung. Anschließend wird die auf diese Weise vordotierte Ober­ fläche mit n⁺⁺-Dotierstoffen nachdotiert. Das Dotie­ rungsprofil ist dabei derart zu wählen, daß die n-Dotierstoffe weniger tief in das Basismaterial eindrin­ gen als die p-Dotierstoffe. In einem nachgeschalteten selektiven Ätzvorgang wird zur Herstellung einer ge­ wünschten Oberflächentextur eine Ätzmaske verwendet, um eine Vielzahl sich gegenseitig kreuzender, nach oben spitz zulaufender Rippenzüge zu erhalten. Ferner ist die Ätzmaskengeometrie derart zu wählen, daß sich Rippenzüge im äußeren Oberflächenbereich höher ausbil­ den, als innere Rippenzüge, die von den äußeren umgeben werden, so daß die oberen Abschnitte der höher ausge­ bildeten Rippenzüge aus der n⁺⁺-dotierten Dotierschicht und die oberen Abschnitte der inneren Rippenzüge aus der p⁺-dotierten Dotierschicht bestehen.

Mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, zum einen Bereiche unterschiedlicher Dotiercharakteristik auf ein und der gleichen Oberfläche zu erhalten, die sich zudem in ihrer re­ lativen Höhenlage voneinander unterscheiden. So ragt die Emitterebene, die sich aus den obersten Kanten der höheren Rippenzüge zusammensetzt, über die Basisebene, die sich aus den oberen Kanten der kleiner ausge­ bildeten Rippenzüge zusammensetzt, empor. Wie die nachfolgende Beschreibung zu den entsprechenden Figuren zeigen wird, kann die unterschiedliche Ausbildung der Höhe einzelner Rippenzüge durch geeignete Wahl der während des Ätzvorganges verwendeten Masken vorgenommen werden.

Schließlich ist im Anspruch 16 die Struktur einer erfindungsgemäßen Solarzelle angegeben. Die gegenüber der bekannten PERL-Solarzelle erfindungsgemäße Weiter­ bildung weist Rippenzüge auf, deren jeweils oberer, spitz zulaufender Bereich n⁺⁺-dotiert ist und im jeweils unteren Bereich aus dem Basismaterial besteht. Vorteilhafte Ausführungsformen zu der erfindungsgemäßen Solarzelle sind zum einen aus den Ansprüchen 17 ff, als auch aus den entsprechenden Figurenbeschreibungen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisierte, perspektivische Darstellung einer PERL-Solarzelle,

Fig. 2 schematisierte Schaubilder zum Vergleich der Herstellung des Emitters einer PERL-Solarzelle und einer erfindungsgemäßen Gitter-Emitter-Solarzelle,

Fig. 3a, b perspektivische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Gitter-Emitterstruktur ohne (a) und mit (b) zusätzlicher homogener n⁺-Dotierung,

Fig. 4a, b Diffusionsprofile unterhalb der Kanten der Rippenzüge, bei einfacher Emitterdiffusion (a) und bei doppelter Emitterdiffusion (b),

Fig. 5a, b, c, d unterschiedliche Ätzmasken zur Herstellung der erfindungsgemäßen Oberflächentextur,

Fig. 6a-e Verfahrensschritte zur Herstellung einer Gitter-Emitter-Solarzelle mit galvanischen Kontakten,

Fig. 7 u. 8 Drahtnetz-Gitter-Emitter-Solarzelle und

Fig. 9 Gitter-Emitter-Struktur mit Basis- und Emitterkontakten auf einer Oberflächenseite der Solarzelle.

Bezüglich der Beschreibung zu Fig. 1 wird auf die bereits vorstehend beschreibende Textstelle verwiesen.

In Fig. 2 ist die Emitterherstellung nach dem an sich bekannten PERL-Prozeß (linke Darstellung) sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (rechte Darstellungen) im Vergleich zu entnehmen. Beim an sich bekannten PERL-Prozeß wird in einem ersten Schritt (oberste Darstellung links) zunächst die Oberfläche des Basismaterials mit Hilfe einer geeigneten Maske texturiert. Anschließend erfolgt, ebenfalls unter Verwendung einer entsprechenden zweiten Maske, durch lokale Diffusion, die Herstellung eines tief in das Basismaterial hineinreichenden, hochdotierten n⁺⁺-Dotierbereiches En⁺⁺, der später als Kontaktbereich zu einem äußeren Elektrodenkontakt dient. Abschließend wird in einem nachfolgenden Prozeßschritt ganz flächig die texturierte Oberfläche n⁺-dotiert (En⁺).

Im Unterschied zu der vorstehenden Verfahrensweise wird zur Herstellung der GE-Struktur erfindungsgemäß das Basismaterial in einem ersten Schritt ganzflächig an der Oberseite n⁺⁺-dotiert. Danach erfolgt unter Ver­ wendung einer geeigneten Maske ein Ätzschritt, bei dem die in der mittleren Darstellung auf der rechten Seite der Fig. 2 dargestellte Strukturierung erzeugt wird. Wesentlich dabei ist, daß die Ätztiefe zwischen den einzelnen Rippenzügen in das Basismaterial hineinreicht, so daß jeweils unter den spitzen Kanten jedes einzelnen Rippenzuges hochdotierte n⁺⁺-Dotierbereiche verbleiben. Unter erfindungsgemäßer Vermeidung eines zweiten Maskenschrittes kann zusätzlich eine ganzflächige Dotierung erfolgen, diesmal mit n⁺-Dotierstoffen. Auf diese Weise erhält man eine neuartige Emitterstruktur, bei der der Emitterbereich unter den Kanten der jeweiligen Rippenzüge liegt. So entsteht ein niederohmiges Gitter, das die gesamte Zelloberfläche, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, überzieht. Das besondere der GE-Struktur besteht darin, daß die Texturierung nicht nur für die optische Anpassung der Zelle, sondern auch für die Strukturierung des Emitters und der Kontakte eingesetzt werden kann. Dadurch kann ein zeit- und kostenaufwendiger Photomaskenschritt gegenüber der herkömmlichen Strukturierung eingespart werden.

Aus den Darstellungen gemäß Fig. 3 gehen in perspektivischer Darstellung die erfindungsgemäßen GE-Strukturen ohne (siehe hierzu 3a) und mit (siehe hierzu 3b) zusätzlicher homogener n⁺-Dotierung hervor.

Zur Kontaktierung der Emitterschicht wird, wie aus den Fig. 3 hervorgeht, ein elektrischer Kontakt G auf die Oberseite der Kanten aufgebracht, so daß auf diese Weise ein möglichst niederohmiger elektrischer Kontakt hergestellt werden kann. Die Elektrode G ist vorzugs­ weise Bestandteil eines Elektrodengitters, wie in den Fig. 7 und 8 noch zu beschreiben ist, das die effektive Solarzellenoberfläche nur geringfügig ab­ schattet.

Aus der Fig. 4 gehen Dotierprofilmöglichkeiten hervor, deren Gemeinsamkeit die Herstellung einer hohen Dotierstoffkonzentration im Bereich der Kanten der jeweiligen Rippenzüge ist, während in die Tiefe der Kanten hinein die Dotierung abnimmt. Dieses Dotierprofil übt einen günstigen Einfluß auf die Rekombinationsmöglichkeiten innerhalb des Emitters aus. So kann durch ein Doppeldiffusionsprofil gemäß Darstellung 4b die Leitfähigkeit in der Kante noch weiter verbessert werden.

Wie bereits vorstehend in Bezug auf die individuelle Beschaffenheit der Oberflächentextur erwähnt, kann die Größe und Form der sich kreuzenden Rippenzüge durch die Wahl geeigneter Ätzmasken bestimmt werden. Die Ver­ wendung einer gitterförmigen Maske mit jeweils quadratisch ausgebildeten Maschenfeldern gemäß Fig. 5a läßt während des Ätzprozesses auf der Oberfläche der zu bearbeitenden Solarzelle ein Relief entstehen, das dem Abdruck vieler nebeneinander angeordneter, vierseitiger Pyramiden entspricht. Die gegenseitige Beabstandung der einzelnen inversen Pyramiden ist durch die Breite der Zwischenstege der gitterförmigen Maske, die im vor­ liegenden Fall in jeder Richtung gleich ist, festgelegt.

Das Maskenbeispiel gemäß Fig. 5b weist ebenfalls quadratische Maschenfelder auf, doch sind die Zwischen­ stege, die sich jeweils senkrecht schneiden unter­ schiedlich stark ausgebildet. Durch die schmale Aus­ bildung der Zwischenstege, die horizontal verlaufen, sind die Abschirmungseffekte während des Ätzvorgangs geringer, so daß in Richtung der schmal ausgebildeten Zwischenstege mehr Material abgetragen werden kann als in der orthogonalen Richtung entlang der breiteren Zwi­ schenstege.

Anhand der in Fig. 5 dargestellten Teilfiguren sind jeweils seitlich an den Maskengittern Querschnittsver­ läufe dargestellt, die das Ätzprofil in der ent­ sprechenden Richtung der zu bearbeitenden Solarzelle darstellen. So bilden sich unter Verwendung der Ätzmaske gemäß Fig. 5b in der senkrechten Erstreckung niedrigere Rippenzüge aus als in der waagerechten Erstreckung. Damit entsteht in vertikaler Richtung eine höhere Leitfähigkeit in den Rippen als in horizontaler Richtung.

Die Maschenfelder der Ätzmasken können gemäß Teilfigur 5c auch einen rechteckigen Grundriß aufweisen, falls die Emitterfläche und der Emitterwiderstand in einer Richtung größer sein sollen als in der anderen. So entstehen zwischen einzelnen Rippenzügen größere Gräben, die aus dem waagerechten Profilverlauf in der Teilfigur 5c zu entnehmen sind. Auf diese Weise lassen sich innerhalb der Emitterstruktur in senkrechter und waagerechter Richtung verschiedene Leitfähigkeiten ausbilden, die durch das Verhältnis der Seitenlängen bestimmt sind.

Neben der Einflußnahme der Zwischenstegbreite einer Ätzmaske auf die Höhe der sich bildenden Rippenzüge ist auch das GE-Diffusionsprofil zu beeinflussen. So ent­ steht beispielsweise unter Verwendung der Maske gemäß Fig. 5b in der waagrechten Reihe ein höherdotiertes Profil als in der senkrechten Reihe. Grund hierfür ist der größere Ätz-Abtrag in der senkrechten Reihe.

Durch geeignete geometrische Anordnung breiter und schmaler Stegbreiten ist es auch gemäß Fig. 5d möglich, sogenannte Übergitter-Strukturen zu schaffen, die aus den Querschnittsprofilen in beiden Richtung zu entnehmen sind. So sind im Randbereich der zu be­ arbeitenden Solarzellenoberfläche breite Zwischenstege vorgesehen, die einen quadratischen Bereich ein­ schließen, der nur durch schmale Zwischenstege durch­ setzt ist. Auf diese Weise werden hohe Rippenzüge im Randbereich erhalten, die niedrigere Rippenzüge im inneren Bereich der Solarzelle einschließen.

Mit Hilfe der vorstehend genannten Ätzgittervarianten, die keine abschließende Aufzählung möglicher Maskengeometrien darstellen sollen, sind grundsätzlich Gitter-Emitter-Strukturen herstellbar, die weitgehend beliebige Gittergeometrien annehmen können. Ein beson­ derer Vorteil der erfindungsgemäßen GE-Struktur ist die hohe Dotierung an den oberen Bereichen der sich ausbil­ denden Rippenzügen, wodurch eine erhöhte Querleitfähig­ keit geschaffen wird, was nicht zuletzt zu einer Re­ duzierung der mit der Gitterstruktur in Kontakt tretenden Elektrodenkontaktflächen führt. So können zur Kontaktierung wenige, sogenannte Gridfinger, die ein­ zelne elektrische Kontaktflächen darstellen, verwendet werden, wordurch die Abschattungsverluste reduziert und die Technologie erheblich vereinfacht werden kann.

Durch die Reduzierung an Elektrodenkontaktflächen eignet sich die erfindungsgemäße GE-Struktur auch für die Verwendung sogenannter siebgedruckter Kontaktstellen.

Wie bereits erwähnt, können die Dotierprofile in den sich ausbildenden Rippenzügen gezielt durch tieferes Ätzen eingestellt werden. So kann ein hochdotiertes "Übergitter", wie es zur Herstellung anhand Fig. 5d beschrieben worden ist, in einer niedrigdotierten GE-Struktur erzeugt werden. Hierzu wird gemäß Fig. 6a das Basismaterial durch doppelte Emitterdiffusion dotiert, so daß sich zwei Dotierprofile ergeben, ein hoch­ dotierter Bereich HD und ein niedrigdotierter Bereich LD. Unter Verwendung beispielsweise einer Ätzmaske gemäß Fig. 5d ergibt sich nach dem Ätzvorgang die Emitterstruktur gemäß Fig. 6b. Wesentlich ist hierbei zu bemerken, daß der obere Teil der hohen Rippenzüge Bereiche hoher Dotierung aufweist, wohingegen die niedrigeren Rippenzüge an den oberen Kanten aus­ schließlich Bereiche geringer Dotierung aufweisen.

Aus Gründen des mechanischen Schutzes sowie zur Re­ flexminderung wird vorzugsweise eine Oxidschicht O ganzflächig über die erhaltene Oberflächentextur aufge­ bracht (gemäß Fig. 6c) und nur an Stellen der höheren Rippenzüge lokal abgetragen, bis der Kantenbereich der hochdotierten Bereiche freigelegt ist (siehe hierzu Fig. 6d). Zur Herstellung galvanischer Kontakte werden nun gemäß Fig. 6e an diesen Stellen galvanische Kontaktelemente aufgebracht, wodurch eine GE-Solarzellenstruktur geschaffen wird, die durch sehr feine Kontakte für höchste Wirkungs­ grade optimiert werden kann.

Eine alternative Ausführungsform, elektrische Kontaktstellen auf der Oberfläche der GE-Struktur aufzubringen ist wie bereits erwähnt die Verwendung von feinsten Drahtgittern gemäß Fig. 7. Das Drahtgitter wird vorzugsweise durch Aufpressen des Drahtes ggf. unter Einfluß von Wärme, Ultraschall oder einem Flußmittel, auf die Kanten der Rippenzüge aufgebracht. Von Vorteil ist hierbei, daß das Drahtnetz, dessen Abmessungen von der Größenordnung 20 µm Drahtdurch­ messer und 2000 µm Maschenweite ist, nicht auf die GE-Struktur justiert werden muß, sondern gemäß Fig. 8 eine willkürliche Lage relativ zur Rippenzugorientie­ rung einnehmen kann. Diese Art der elektrischen Kontaktierung eignet sich daher insbesondere für die automatisierte Fertigung.

Die bisherigen Ausführungen zur Herstellung soge­ nannter GE-Strukturen können sinngemäß auch auf die Basiskontaktierung übertragen werden. So ist die der Emitterseite gegenüberliegende Basisseite der So­ larzelle in gleicher Weise zu prozessieren, nur mit entsprechend ungekehrten Dotierstoffkonzentra­ tionen. Hierzu sind die n-Dotierstoffe durch p-Dotierstoffe zu ersetzen. Auf diese Weise kann ein sogenanntes hochdotiertes BSF-(=back surface field) Gitter (GBSF) erzeugt werden, das anstelle der Punkt­ kontaktierung, wie sie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, verwendet werden kann. Die gesamte Rückseite kann sodann entweder über einem Oxid mit Aluminium bedampft werden oder nur wenige elektrische Kontaktstellen wie die Emitterseite aufweisen. Im letzteren Fall erhält man eine sogenannte Bifacial-Solarzelle, d. h. eine Solarzelle, die von beiden Seiten beleuchtet werden kann.

Selbstverständlich kann eine Solarzelle sowohl mit einer GE- als auch mit einer G-BSF-Struktur prozessiert werden.

Schließlich geht aus der Fig. 9 eine weitere neuartige Variante einer oberflächentexturierten Solarzelle hervor, die auf einer einzigen Oberfläche sowohl die Emitter- als auch die Basiskontakte aufweist. Diese Struktur wird erhalten, indem in einem ersten Schritt das Basismaterial mit p⁺-Dotierstoffen dotiert und anschließend eine n⁺⁺-Dotierschicht eindiffundiert wird. Unter Verwendung einer geeigneten Ätzmaske zur Erzeugung von "Übergitter-Emitter" (siehe hierzu auch Fig. 5d), kann eine Struktur, wie sie in Fig. 9 im Querschnitt angegeben ist, prozessiert werden, so daß die tiefergeätzten Kanten der Rippenzüge die p⁺-Dotierschicht und die höhergeätzten, die n⁺⁺-Dotierschicht aufweisen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer, eine gitterförmige Oberflächentextur auf­ weisenden n-dotierten Emitterschicht, die auf einem Basismaterial gebildet wird, gekennzeichnet durch folgende Herstellungsschritte:

• - Herstellung einer ganzflächigen n⁺⁺-Dotierschicht im oberen Bereich des Basismaterials und
• - Selektiver Ätzvorgang an der Emitterschicht unter Verwendung einer die Oberflächentextur erzeugenden Maske, so daß eine Vielzahl sich gegenseitig kreuzender, nach oben spitz zulaufender Rippenzüge erzeugt werden, deren oberer Abschnitt aus der n⁺⁺-dotierten Dotierschicht und deren unterer Teil aus dem Basismaterial besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Ätzvorgang texturierte Oberfläche zusätzlich ganz flächig n⁺-dotiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die n⁺⁺-Dotierschicht tiefer als die n⁺-Dotierschicht ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentextur dem Abdruck nebeneinander angeordneter, vierseitiger Pyramiden entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die n⁺⁺-Dotierschicht ca. 3 µm tief ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungen durch Dotierstoff-Diffusionsprozesse durchgeführt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske einem Gitter entspricht, das quadratische oder rechteckige Maschenfelder aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Dickenwahl der Zwischenstege der Gittermaske die nach dem Ätzvorgang verbleibende Höhe der Rippenzüge derart eingestellt wird, daß je breiter die Zwischenstege gewählt werden, um so weniger Material abgetragen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den nach oben spitz zulaufenden Rippenzügen eine Kontaktelektrodenanordnung aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektroden­ anordnung ein Drahtgittergeflecht ist, das durch Auf­ pressen auf die spitzen Rippenzüge aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgittergeflecht eine Maschenweite von ca. 2000 µm und der Draht einen Querschnitt von ca. 20 µm aufweisen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Gitterform aufweisende Masken verwendet werden, die über unterschiedliche Maschenfeldgrößen und Zwischenstegbreiten verfügen und die die Abstände zwischen den Texturrippen bestimmen sowie die Höhe der Rippenzüge sowie den Grad der Dotierung beeinflussen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidschicht ganz flächig auf die Oberfläche abgeschieden wird und diese lokal nur an überhöhten Rippenstellen bis zum oberen Schichtbeginn der n⁺⁺-Dotierungsschicht abge­ tragen wird, und daß an den hochdotierten freien Stellen galvanische Kontakte angebracht werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die der texturierten Emitterschicht gegenüberliegende Rückseite der Solarzelle in gleicherweise prozessiert wird wie die Emitterschicht gemäß Anspruch 1, unter Berücksichtigung der anstelle der n-Dotierungen für die Basiskontakte erforderlichen p-Dotierungen.

15. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle mit einer, eine gitterförmige Oberflächentextur auf­ weisende Oberflächenschicht die n- und p-dotierte Bereiche aufweist, die auf dem Basismaterial gebildet werden, gekennzeichnet durch folgende Herstellungsschritte:

• - Herstellung einer ganzflächigen p⁺-Dotierung im oberen Bereich des Basismaterials,
• - Herstellung einer ganzflächigen n⁺⁺-Dotierschicht im oberen Bereich des Basismaterials, die jedoch dünner ausgebildet ist als die p⁺-Dotierschicht und
• - Selektiver Ätzvorgang an der Oberfläche unter Verwendung einer die Oberflächentextur erzeugenden Maske, so daß eine Vielzahl sich gegenseitig kreuzender, nach oben spitz zulaufender Rippenzüge derart erzeugt werden, daß in gewissen Abständen Rippenzüge höher ausgebildet werden, als die anderen Rippenzüge, und daß die oberen Abschnitte der höher ausgebildeten Rippenzüge aus der n⁺⁺-dotierten Dotierschicht und die oberen Abschnitte der tieferen Rippenzüge aus der p⁺-dotierten Dotierschicht bestehen.

16. Solarzelle mit einer Emitterschicht, die auf einem Basismaterial aufgebracht ist und über eine Oberflächentextur verfügt, die durch sich kreuzende, nach oben spitz zulaufende Rippenzüge geprägt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenzüge jeweils im oberen, spitz zulaufenden Bereich n⁺⁺-dotiert sind und im unteren Bereich aus dem Basismaterial bestehen.

17. Solarzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenzüge obere spitze Kanten bilden, die im Ganzen ein niederohmiges Gitter bilden, das die gesamte Solarzellenoberfläche überzieht.

18. Solarzelle nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierstoffkonzentra­ tion von der oberen Kante eines jeden Rippenzuges zum Basismaterial abnimmt.

19. Solarzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die am äußeren Oberflächenbereich der Solarzelle angeordneten Rippenzüge höher ausgebildet sind, als die von den hohen umschlossenen Rippenzüge.

20. Solarzelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie Spitzen der äußeren Rippenzüge stärker dotiert sind als die Eingeschlossenen.

21 Solarzelle nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidschicht über den Rippenzügen vorgesehen ist, die an den hohen Rippenkanten abgetragen ist und an diesen Stellen jeweils galvanische Kontakte vorgesehen sind.

22. Solarzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Rippenzügen ein Kontaktgitter vorgesehen ist, das willkürlich auf den Rippenzügen aufgebracht ist.

23. Solarzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die der Emitteroberfläche gegenüberliegende Basiskontaktseite in gleicher Weise ausgebildet ist mit entsprechend p-dotierten Bereichen.

24. Solarzelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Kontaktierung der Basisseite entweder eine Aluminiumschicht oder einzelne Kontaktelektroden dienen.

25. Solarzelle nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß neben hohen n⁺⁺-dotierten Rippenzügen kleinere p⁺-dotierte Rippenzüge auf einer Oberseite der Solarzelle vorgesehen sind.